'В т. 1 книги рассмотрена проблема построения современ-<ных цифровых вычислительных комплексов, которая охватывает •совокупность методов решения задачи, аппаратные средства системы математического обеспечения и вопросы разработки. Под-,робно описаны особенности структуры и функциональные характеристики ЭВМ третьего поколения, общая структура и назначение компонентов современных систем матобеспечения, а также •методы и приемы программирования. Детально освещен тех-;вико-экономический анализ эффективности разрабатываемого комплекса в плане целесообразности его реализации. •
Данная монография по основам архитектуры и методам применения современных вычислительных систем может быть с успехом использована в качестве учебного пособия для старших курсов вузов, а также курсов повышения квалификации специалистов по вычислительной технике. Она, кроме того, лредставляет несомненный интерес для программистов и разработчиков ЭВМ.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Для современного состояния вычислительной техники характерно широкое использование ее средств в различного рода системах обработки данных. К их числу относятся информационно-справочные и автоматизированные управляющие системы, связные коммутаторы, системы продажи и бронирования билетов на различные виды транспорта, а также многие другие комплексы. При системном использовании средства вычислительной техники нельзя рассматривать исключительно как аппаратные. Понятием системы охватывается и совокупность методов анализа, и построение алгоритма решения задачи, и аппаратные и программные средства, необходимые для реализации полученного алгоритма, и вспомогательные средства для автоматизации процессов подготовки задачи для решения.
Попытки раздельного рассмотрения составных частей системы обработки данных вне их связей приводят к значительному снижению совокупной эффективности системы. Примером может служить следующая ситуация. Если должна быть обеспечена максимальная надежность или живучесть системы, то при ее разработке необходимо принимать во внимание все системные компоненты — от методов решения задачи до организации работ по созданию комплекса, а не ограничиваться попытками получить требуемые характеристики лобовым подходом, т. е. повышая общую надежность путем увеличения надежности аппаратных средств.
Однако исторически сложилось такое положение, что различные компоненты системы, как правило, разрабатываются специалистами разных профессий, между которыми нет достаточного взаимопонимания. Существуют и определенные трудности в согласовании подхода к разработке между сторонниками формально-аналитических и чисто эмпирических методов. Все это значительно затрудняет реализацию комплексного подхода к разработке и построению систем обработки данных, хотя выгоды такого подхода вполне очевидны.
Такое положение вещей отразилось и на характере научно-технической литературы по данному вопросу. Как правило, в статьях и монографиях аппаратные и программные средства, даже если они предназначены для одних и тех же систем, рас-
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие................. g;
Условные обозначения.............' g
Глава 1. Введение............... 15
1. Архитектура вычислительных комплексов ....... 15
1.1. Вычислительные комплексы.......... 15
1.2. Стоимость вычислительных комплексов...... 27
1.3. Архитектура вычислительного комплекса...... 27
2. Работа архитектора............. 28
3. Методы................ 30
Задачи................. 31
Глава 2. Основные концепции............ 33 *
1. Краткое содержание............. 33
2. Поблочный состав аппаратных средств . . . '. . . . 33
2.1. Что такое ЭВМ общего назначения....... 34
2.2 .Иерархия запоминающих устройств....... 37:
2.3. Внешние устройства............. 38
2.4. Связные устройства............ 4ft
2.5. Оконечные устройства........... 40 -
2.6. Аналоговые и гибридные устройства....... 40
3. Команды, программное обеспечение и программные средства 41
3.1. Список команд............. 41
3.2. Модальность.............. 42
3.3. Иерархия программных средств........ 43
3.4. Программное обеспечение.......... 45
4. Системы................ 49
4.1. Процессоры и ЭВМ ,........... 50
4.2. Возможные соотношения.......... 51-
4.3. Внутренние связи............ 52
4.4. Управленческая структура.......... 52 ,
4.5. Оптимальность............. 53 .
5. Поиск оптимальных соотношений....., . . . 53
5.1. Стоимостно-зависимые соотношения....... 54
5.2. Издержки, обусловленные моральным износом . . . . 56
5.3. Оптимизация соотношений между аппаратными и программ-ными средствами............. ™
5.4. Оптимизация соотношений вида «время — емкость — про- • пускная способность — задержки»........ j?^
«6. Цели разработки.............. jj|
7. Кредо системного архитектора.......... «а
6. Математические методы............ |~
8.1. Линейное программирование и родственные ему методы . «в
8.2. Теория массового обслуживания........ «7 1 *
8.3. Теория графов............• *'
8.4. Комбинаторный анализ..........• *г
5.5. Моделирование . ........... ' ,
8.6. Возможности и пределы применимости математических методов .....-........... 71
9. Заключение............... 73
Задачи............... . . 75
Глава 3. Аппаратные средства — центральное обрабатывающее устройство ................ 77
1. Краткое содержание............. 77
2. Аппаратные средства ЦОУ........... 77
2.1. Структура ЦОУ............. 77
2.2. Виды регистров............. gi
2.3. Адресные структуры............ 8&
3. Модальности............... дд-
3.1. Индексирующие модальности......... Ю0>
3.2. Косвенные операции........... До1
3.3. Непосредственные операнды......... Ю1
3.4. Ассоциативные модальности......... Ю2
3.5. Модальности описания полей......... Ю2
3.6. Модальность направления пересылки...... . ДО2
3.7. Модальности прерываний.......... ЮЗ
3.8. Привилегированные команды и модальность защиты . . . доз
3.9. Модальности адресации общего вида....... ДО4
4. Базовый список команд............107
4.1. Группа пересылок, или передач......... доя
4.2. Группа мидификаций........... 109>
4.3. Арифметическая группа........... щ
4.4. Логическая группа............ Ц21
4.5. Группа простых и циклических сдвигов...... 112
4.6. Группа переходов-пропусков......... Ц4
4.7. Императивная группа..........•• 115
4.8. Операционная группа........... Ц7
4.9. Группа управления............ цд
4.10. Группа ввода-вывода.......... 120
Ml. Особая группа 1............ 124
4.12. Особая группа 2............ 127
4.13. Списочная группа............ 128
4.14. Группа прерываний........... 128;
5. Составные команды............. 128
5.1. Составные команды типа передача — передача .... 130
5.2. Составные команды типа модификация — переход . . . 130
5.3. Составные команды типа императив — модификация . , . 131
5.4. Составные команды типа императив — переход . . . . 132
5.5. Составные команды типа передача — логическая операция 132
6. Общие возможности, диапазон технических решений и крайние случаи................. 133;
6.1. Параллелизм.............. 133
6.2. Масштаб аппаратной реализации........ 136-
7. Заключение............... 137
Задачи................. 138
Глава 4. Структурные элементы комплекса........ 142
1. Краткое содержание............. 142
2. Запоминающие устройства........... 142
2.1. Общие соображения............ 142
2.2. Разделение ЗУ по назначению......... 143
2.3. Разделение ЗУ по принципу действия....... 145
2.4. Параметры памяти............ 15#
2.5 Расслоение и чередование .......... ISQi
2.6. Стоимость.............. Iggj!
2.7. Гарантия от морального износа........ Igfj
2.8. Тактирование и координация......". . . • 10к
2.9. Списки команд для запоминающих устройств..... 1щ
3. Коммутатор памяти............. 17$
3.1. Что это такое?............. 178J
3.2. Одновременность и «одновременность» . . . . . . ITJU
3.3. Случаи организации работы по принципу занятия цикла . . 178
3.4. Организация управления .......... 17Й
3.5. Структура коммутатора памяти........ fg|:
4. Механизм прерываний............ 184;
4.1. Зачем он нужен и что он собой представляет .... 184,<
4.2. Цикл прерывания............ 18$
4.3. Механизм прерываний........... 18&
4.4. Команды, обслуживающие механизм прерываний ... 19Д
4.5. Дальнейшее расширение........... 1?Й?
4.6. Вопросы реализации и оптимизации....... 197
4.7. Код повторного вхождения.......... 198
4.8. Лавина прерываний............ 200'
5. Каналы............... 201:
5.1. Преобразование формата.......... 208
5.2. Управление передачами........... 204
5.3. Контроль ошибок............ 205
5.4. Буферизация и согласование скоростей...... 205'
5.5. Функции коммутации........... 206:
5.6. Интерпретация команд........... 206
5.7. Реализация канала...........,. 20?'
6. Устройство управления внешними устройствами..... 207
7. Внешние устройства............. 210
7.1. Перфокарточное оборудование........ 212^
7.2. Печатающие устройства........... 217J
7.3. Пишущие машинки и телетайпы........ 221
7.4. Устройства графического вывода . . . . . . . . 222
7.5. Дисплеи (устройства визуального вывода) и другие внешние устройства......... . . . • . 224
7.6. Связная аппаратура............ 226
7.7. 'Аналоговые и гибридные устройства....... 233
8. Заключение............... 236
Задачи................' . 23/.
Глава 5. Методы программирования.......... 242;
1. Краткое содержание............. 24&
2. Цели и основы.............. 24JK
2.1. Что такое программирование......... 24»:
2.2. Синтаксис, семантика и сложность........ 24g|
2.3. Явная и неявная формализация........ 241*1
2.4. Соотношение между временем прогона программы и време- > Ь нем разработки . .......-...., 25JJ
2.5. Оптимизация соотношения между временем прогона про- -граммы и временем разработки........
2.6. Оптимизация соотношения между временем прогона и емкостью памяти .............
3. Табличные методы.............
3.1. Структура таблиц............
3.2. Таблицы последовательных переходов....... 265
3.3. Таблицы принятия решений.......... 276
4. Компоненты программирования.......... 285
4.1. Функциональный анализ........., 286
4.2. Формализация............. 291
4.3. Кодирование . ............ 292
4.4. Проверка............... 293
4.5. Документация............. 302
5. Стиль программирования........... 307
5.1. Что такое стиль............ 307
5.2. Элементы стиля............. 308
5.3. Открытые двери............. 312
5.4. Представление схемы программы........ 312
5.5. Еще о стиле.............. 313
6. Заключение............... 314
Задачи................. 315
Глава 6. Обязательные программные средства....... 321
1. Краткое содержание ............. 321
2. Что и почему............... 321
2.1. Какие виды программ используются....... 322
2.2. Для какой вычислительной машины пишется программа? 323
2.3. Общие требования к пакету обязательных программных средств............... 325
2.4. Для чего нужны обязательные программные средства? . . 327
3. Инициализаторы и загрузчики.......... 331
"3.1. Программные инициализаторы . ....... 331
3.2. Базовый загрузчик............ 332
3.3. Подпрограммные загрузчики......... 335
4. Ассемблер............• . . . 337
4.1. Как используется ассемблер? .......... 338
4.2. Формат исходных кодов ассемблера....... 340
4.3. Ввод и вывод............. 343
4.4. Адресация.............. 351
4.5. Команды ассемблера.......... . 353
4.6. Макрокоманды и подпрограммы........ 355
4.7. Принципы работы ассемблера ;....... 358
5. Компиляторы.............. . 362
5.1. Языки высокого уровня........... 363
5.2. Принципы работы компиляторов........ 366
6. Интерпретаторы.............. 367
7. Пакет утилит............... 367
7.1. Введение............... 367
7.2. Дампы............... 368
7.3. Преобразователи............. 370
7.4. Программа прослеживания.......... 371
7.5. Редактор............... 373
7.6. Точка проверки............. 376
8. Операционные системы............ 377
8.1. Общие сведения............. 377
8.2. Оценка коммерческих операционных систем..... 378
8.3. Коммерческие операционные системы....... 381
8.4. Эффективность............. 382
9. Заключение ............... 383
Задачи................ 384
Глава 7. Анализ............... 387
1. Краткое содержание............. 387
2. Цели анализа............... 387
2.1. Анализ с целью предсказания......... 387
2.2. Оптимизационный анализ.......... 389
2.3. Анализ ради анализа........... 390
2.4. Насколько далеко стоит заходить?........ 391
2.5. Предмет анализа............. 392
2.6. Команды, количественные оценки показателей команды и диаграмма емкость памяти — время....... 393
3. Основы статистики............. 397
3.1. Усреднение для наихудшего случая....... 397
3.2. Средние значения, максимальные значения и распределения 398
3.3. Некоторые сведения о распределениях вероятностей . . '. 399
3.4. Математические ожидания, дисперсия и высшие моменты 404
3.5. Свёртки распределений........... 406
3.6. Полезные соотношения и теоретические результаты . . . 409
4. Вычисление оценок.......,..... 410
4.1. Различие между оценочной и действительной программами 411
4.2. Роль догадок.............' 414
5. Статистический анализ программ ......... 416
5.1. Синтаксис блок-схем программ......... 416
5.2. Эквивалентные блок-схемы.......... 419
5.3. Статистический анализ математического ожидания времени выполнения программы и временных параметров простых блок-схем.............. 425
5.4. Блок-схемы с циклами........... 431
5.5. Блок-схемы с заданными распределениями..... 437
5.6. Учет объема памяти........ . . . 445
5.7. Детерминистский подход к анализу циклов..... 450
6. Матричный анализ блок-схем программ....... 451
6.1. Матричное представление блок-схемы программы . . . 451
6.2. Уравнения преобразования для анализа затрат времени и используемых каналов ввода-вывода....... 454
6.3. Преобразование звезда — ячейка........ 458
6.4. Инцидентные и эксцидентные преобразования .... 465
6.5. Определение используемой емкости памяти..... 467
7. Оптимизация и другие способы использования модели . . . 468
7.1. Несимметричные разветвления . . . . . . . . 468
7.2. Циклы с линейными зависимостями между переменными 471
7.3. Вход в цикл............... 472
7.4. Общий случай линейных зависимостей между переменными
Цена: 150руб.
