Предисловие
К настоящему времени в учебных планах многих специальностей высших учеб- ных заведений, связанных с информационными технологиями, появились базо- вые курсы, посвященные целенаправленному изучению архитектуры компьютера. В частности, дисциплина «Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей» предусмотрена в учебном плане специальности 010503 «Математическое обеспечение и администрирование информационных систем».
В связи с появлением учебных дисциплин, изучающих архитектуру вычисли- тельных систем, возникла проблема обеспеченности соответствующей учебной литературой. Вообще говоря, вопросам архитектуры вычислительных систем по- священо огромное количество специальной литературы, монографий и научных статей. Однако подавляющее большинство этих изданий рассчитано на специа- листов или описывают только конкретную вычислительную систему или архи- тектуру. В качестве примеров можно упомянуть, например, следующие издания: Головкин Б. А. «Параллельные вычислительные системы» [12], Морс С. П., Ал- берт Д. Д. «Архитектура микропроцессора» 80286 [25], Григорьев В. Л. «Микро- процессор i486. Архитектура и программирование» [13], Гук М. Ю. «Аппаратные средства IBM РС» [14]. Одно из немногих изданий, посвященных общим вопро- сам архитектуры вычислительных машин, — монография известного американ- ского специалиста Г.
Майерса «Архитектура современных ЭВМ», перевод кото- рой вышел в 1985 г. в издательстве «Мир» [24].Фундаментальными руководствами по данному вопросу являются выдержавшие уже четыре издания учебники Э. Таненбаума «Архитектура компьютера» [30] и «Компьютерные сети» [31]. Кроме того, отличным учебником по вопросам, свя- занным с параллельными архитектурами, может считаться книга Воеводина В. В. и Воеводина Вл. В. «Параллельные вычисления» [11], а по вопросам архитек- туры компьютерных сетей — книга Олифера В. Г. и Олифера Н. А. «Компью- терные сети» [26]. Можно упомянуть также вышедшие совсем недавно издания: Барановская Т. П. и др. «Архитектура компьютерных систем и сетей» [6] и Богда- нова А. В. и др. «Архитектуры и топологии многопроцессорных вычислитель- ных систем» [8], которые в целом ориентированы на обсуждение параллельных архитектур.
Много материалов по архитектурам компьютеров можно найти в периодических изданиях [l]-[4] и на Интернет-сайтах [1]—[17]. Однако для систематического изучения архитектуры компьютеров их использовать сложно. Как правило, они посвящены сиюминутным проблемам и рассчитаны на специалистов. К сожале- нию, большинство терминов и понятий даются без объяснения, авторы грешат сленговыми оборотами, приводимые ими сведения не дают целостного представ- ления о предмете.
Вопрос издания учебной литературы по архитектуре компьютера, специально ориентированной на студентов математических специальностей, связанных с ин- формационными технологиями, — таких как «Математическое обеспечение и ад- министрирование информационных систем», «Прикладная математика и инфор- матика», — остается весьма актуальным.
Вниманию студентов, обучающихся по указанным и родственным специально- стям вузов, предлагается настоящее издание, в котором систематически вво- дятся необходимые базовые понятия, а также обсуждаются основные принципы построения архитектур вычислительных систем и компьютерных сетей, начиная от разрядно-последовательной архитектуры и заканчивая многоядерными про- цессорами.
Часть I учебника охватывает темы, которые являются вводными для изучения остального материала. В частности, в ней обсуждаются вопросы представления данных в памяти компьютера. Основное внимание уделяется числовым форма- там данных, в том числе форматам вещественных чисел, описанным в стандарте IEEE 714. В первую часть также входит глава, посвященная изучению логики работы основных устройств компьютера на уровне вентилей. Однако основ- ное внимание здесь уделено обсуждению системы машинных команд, принци- па работы процессора и остальных устройств компьютера во время выполнения программы, основам низкоуровневого программирования.
Базовым вопросам архитектуры компьютера отведена часть И. Обсуждается развитие принципов параллелизма от первых компьютерных систем до настояще- го времени. Здесь также изучается многопрограммный режим работы компьютеров, обсуждаются архитектурные приемы повышения эффективности оперативной памяти, кэша и шинной системы компьютера. Рассматриваются суперконвейер- ная и суперскалярная архитектуры современных компьютеров, а также комплекс вопросов, связанных с динамическим исполнением машинных команд — предска- зание переходов, изменение последовательности выполнения команд, спекуля-
тивное выполнение. Обсуждаются также вопросы многопоточного исполнения (Hyper Threading) в архитектуре IA-32 и предикатного выполнения машинных команд в архитектуре IA-64. Отдельные главы посвящены обсуждению архитектур- ных особенностей классов CISC, RISC, VLIW, EPIC и некоторых популярных се- мейств (Intel, AMD, SUN SPARC), параллельным и неклассическим архитектурам.
В части III кратко обсуждаются вопросы, связанные с архитектурой компью- терных сетей. Рассматриваются основные методы доступа и схемы коммутации, а также базовые сетевые технологии и эталонная модель ОSI.
Содержание учебника соответствует требованиям государственного образователь- ного стандарта по специальности 010503 «Математическое обеспечение и ад- министрирование информационных систем» и типовой программе дисциплины «Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей», одобренной на- учно-методическим советом УМО по образованию в области конфликтологии, искусств и гуманитарных наук, математического обеспечения и администрирова- ния информационных систем, а также рекомендациям «Computing Curricula 2001: Computer Science», раздел АR (Рекомендации по преподаванию информатики в университетах ∕ Пер.
с англ. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2002 [27]), и рекомендаци- ям «Software Engineering 2004. Curriculum Guidelines for Undergraduate Degree Programs in Software Engineering». Материал учебника может быть полезен так- же студентам специальности 010501 «Прикладная математика и информатика» и других специальностей высших учебных заведений, связанных с современны- ми информационными технологиями.Для изучения архитектуры вычислительных систем и компьютерных сетей сту- дент должен освоить информатику и дискретную математику в объеме стандарт- ного университетского курса указанных ранее математических специальностей. Понятия и принципы, изучающиеся в курсе, используются в дальнейшем при изучении операционных систем и оболочек, баз данных и СУБД, администри- рования информационных систем, низкоуровневых языков программирования.
В тексте учебника приняты следующие условные обозначения.
Новые понятия и термины в предложениях, в которых они встречаются впервые, а также в предложениях, в которых они определяются, выделены полужирным шрифтом.
ВНИМАНИЕ --------------------------------------------------------------------------------------------------------
Врезки «Внимание» содержат определения или объяснения каких-либо понятий и терминов или указания, которые требуют особого внимания читателя.
ПРИМЕЧАНИЕ ----------------------------------------------------------------------------------------------------
Примечания содержат сведения, полезные для желающих более детально изучить тот или иной вопрос, но не являющиеся обязательными для освоения курса.
СОВЕТ ---------------------------------------------------------------------
Кроме того, в книге встречаются некоторые советы.
Еще по теме Предисловие:
- ПРЕДИСЛОВИЕ
- САМООТВОД (Вместо предисловия)
- Предисловие
- ПРЕДИСЛОВИЕ
- Предисловие
- ПРЕДИСЛОВИЕ
- ПРЕДИСЛОВИЕ
- ПРЕДИСЛОВИЕ
- Предисловие
- ПРЕДИСЛОВИЕ
- Предисловие