В навчальному посібнику викладений весь комплекс питань пов'язаних з принципами та методами організації структур і архітектур комп'ютера, методами побудови й організації функціонування самих комп'ютерів, розглянута робота його функціональних блоків згідно з вимогами навчальних програм, відповідно до галузевого стандарту вищої освіти України. Навчальний посібник призначено для студентів вищих навчальних закладів України. Він може бути корисним для викладачів, фахівців в області комп'ютерних та інформаційних технологій, а також окремі розділи навчального посібника також можуть бути використані студентами відповідних середніх технічних учбових закладів та коледжів. ЗМІСТ Передмова............................................................................................................7 Розділ 1. КОРОТКІ ІСТОРИЧНІ СВІДЧЕННЯ, ФУНКЦІЇ, СТРУКТУРА ТА АРХІТЕКТУРА КОМП'ЮТЕРІВ .............................................................9 1.1. Короткі історичні аспекти розвитку..........................................................9 1.2. Основні функції комп'ютера та його структура ...................................10 1.3. Поняття архітектури комп'ютера..............................................................12 1.4. Нейманівська архітектура.....................................................................13 1.5. Гарвардська архітектура............................................................................14 1.6. Дуальна нейманівсько - гарвардська архітектура..............................15 1.7. Асоціативна архітектура............................................................................16 1.8. Паралельні комп'ютерні архітектури ....................................................16 Контрольні запитання ....................................................................................16 Коментарі...........................................................................................................17 Розділ 2. ТИПИ СУЧАСНИХ КОМП'ЮТЕРІВ ..........................................18 2.1. Персональні комп'ютери...........................................................................19 2.2. Робочі станції.......................................................................................20 2.3. Багатотермінальні системи ....................................................................20 2.4. Сервери........................................................................................................21 2.5. Великі універсальні комп'ютерні системи...........................................23 2.6. Кластерні комп'ютерні системи...........................................................24 2.7. Суперкомп'ютери ....................................................................................26 2.8. Мікроконтролери.......................................................................................26 2.9. Спеціалізовані комп'ютери...................................................................27 Контрольні запитання ....................................................................................29 Коментарі...........................................................................................................29 Розділ 3. ЗАГАЛЬНІ ПРИНЦИПИ РОБОТИ КОМП'ЮТЕРА......................30 3.1. Загальні принципи побудови комп'ютера.................................................30 3.2. Режим виконання основної програми.......................................................32 3.3. Режим виклику програми..........................................................................34 3.4. Режим обслуговування переривань і виключень....................................36 3.5. Режим прямого доступу до пам'яті........................................................37 3.6. Конвеєрний принцип виконання команд...............................................38 3.7. Апаратний принцип виконання операцій.................................................41 3.8. Мікропрограмний принцип виконання операцій....................................41 Контрольні запитання .....................................................................................44 Коментарі............................................................................................................44 Розділ 4. ПРОЦЕСОРИ................................................................................45 4.1. Загальні визначення....................................................................................45 4.2. Архітектура процесора..........................................................................47 4.3. Система команд процесора...................................................................48 4.4. Класифікація процесорів.......................................................................52 Контрольні запитання ...............................................................................59 Коментарі............................................................................................................60 Розділ 5. АРИФМЕТИКО-ЛОГІЧНИЙ ПРИСТРІЙ....................................61 5.1. Функції арифметико - логічного пристрою...........................................61 5.2. Способи обробки даних в арифметико - логічному пристрої.............63 5.3. Елементарні операції арифметико - логічного пристрою. ..................65 5.4. Складні операції арифметико - логічного пристрою.........................67 5.5. Структура арифметико - логічного пристрою...................................70 Контрольні запитання ....................................................................................72 Коментарі...........................................................................................................73 Розділ 6. ПАМ'ЯТЬ КОМП'ЮТЕРА................................................................74 6.1. Загальні визначення та багаторівневість структури пам'яті комп'ютера..74 6.2. Типи пам'яті комп'ютера............................................................................77 6.3. Внутрішня пам'ять комп'ютера.................................................................83 6.4. Зовнішня пам'ять комп'ютера....................................................................98 Контрольні запитання ...................................................................................117 Коментарі..........................................................................................................118 Розділ 7. ПРИСТРІЙ КЕРУВАННЯ...........................................................119 7.1. Функції та методи побудови пристрою керування..............................119 7.2. Пристрій керування з жорсткою логікою...............................................120 7.3. Методи проектування пристрою керування з жорсткою логікою.......121 7.4. Пристрій мікропрограмного керування.................................................132 7.5. Порівняння пристроїв керування............................................................138 Контрольні запитання ...................................................................................139 Коментарі..........................................................................................................140 Розділ 8. ІНТЕРФЕЙС ТА ЙОГО ОРГАНІЗАЦІЯ.........................................141 8.1. Загальні відомості про інтерфейс.........................................................141 8.2. Ієрархія шин і їх застосування в структурах комп'ютера ......................143 8.3. Шини розширень........................................................................................147 8.4. Локальні шини .........................................................................................149 8.5. Шинні формувачі і буферні регістри........................................................151 8.6. Паралельні периферійні адаптери........................................................152 8.7. Програмовані зв'язкові адаптери.............................................................157 8.8. Програмовані контролери переривань.....................................................161 8.9. Програмовані інтервальні таймери...........................................................166 8.10. Універсальний інтерфейс стандарту USB 3.0 .......................................169 Контрольні запитання ....................................................................................172 Коментарі............................................................................................................173 Розділ 9. ПРОЦЕС ВВЕДЕННЯ - ВИВЕДЕННЯ......................................174 9.1. Зовнішні пристрої і їх з'єднання з комп'ютером......................................174 9.2. Розпізнавання пристроїв введення - виведення..................................177 9.3. Керування введенням - виведенням .................................................178 9.4. Прямий доступ до пам'яті......................................................................188 9.5. Введення - виведення під керуванням периферійних процесорів ......191 Контрольні запитання.........................................................................................197 Коментарі......................................................................................................198 Розділ 10. ОСОБЛИВОСТІ СУЧАСНИХ ПРОЦЕСОРІВ...............................199 10.1. Еволюція архітектури процесорів Intel х86............................................199 10.2. Процесори Pentium і Celeron, Athlon і Duron...........................................205 10.3. Процесори Intel Core 2 Duo.......................................................................208 10.4. Процесори Intel сімейства Core /9//7/;5/;3................................................222 10.5. Порівняння сучасних процесорів за продуктивністю............................235 Контрольні запитання.........................................................................................240 Коментарі.............................................................................................................240 Розділ 11. ПАРАЛЕЛЬНІ КОМП'ЮТЕРНІ СИСТЕМИ ТА ЇХ КЛАСИФІКАЦІЯ................................................................................................241 11.1. Принципи паралельної обробки інформації в архітектурі комп'ютера...........................................................................................................241 11.2. Класифікація Шора .................................................................................245 11.3. Класифікація Фліна .................................................................................249 Контрольні запитання.........................................................................................255 Коментарі.............................................................................................................256 Розділ 12. ТИПИ АРХІТЕКТУР ПАРАЛЕЛЬНИХ КОМП'ЮТЕРНИХ СИСТЕМ............................................................................257 19 ! Архітектури систем ОКБД........................................................................257 12.2. Архітектури систем БКБД........................................................................259 Контрольні запитання........................................................................................260 Коментарі.............................................................................................................260 Література............................................................................................................261