APS/Other/Вопросы к экзамену (зачету)/Базовые определения.md

# Список основных терминов (must know!)

Ниже приводится перечень основных терминов, понимание которых является обязательным! В противном случае, из непонимания какого-то термина следует непонимание тех разделов дисциплины, в которых на него опираются. Некоторые из них имеют критически высокий уровень значимости. К таковым, например, относятся *процессор*, *архитектура*, *система команд.* Непонимание выпускником технической специальности смысла этих слов сравнимо со врачом непонимающим, что такое иммунитет. Это неприемлемо!

Главное не заучить определения, а именно понимать смысл. Если не ошибаюсь, это сказал Эйнштейн: «если ты не можешь что-то объяснить школьнику, значит ты сам это не понимаешь». На экзамене, в беседе, мы будем проверять понимание нижеизложенного.

Отдельно подчеркну: нижеизложенное является необходимым, но недостаточным для успешной сдачи экзамена.

**Процессор** – это программно-управляемое устройство, как правило, выполненное на одной интегральной схеме, осуществляющее цифровую обработку информации и управление этим процессом.

**Микроконтроллер** – это устройство, конструктивно выполненное на базе одной интегральной схемы и содержащее в себе процессор, оперативное и постоянное запоминающие устройства, а также различные периферийные устройства (например: АЦП, ЦАП, контроллеры интерфейсов, таймеры, модули ШИМ и т.д.).

**Интегрированный процессор** – это специализированный процессор, функциональные возможности которого отражают специфику решаемых с его помощью задач.

**Процессор цифровой обработки сигналов** (ПЦОС, Digital Signal Processor, DSP) – это специализированный процессор, ориентированный на реализацию процедур, обеспечивающих преобразование аналоговых сигналов, представленных в цифровой форме.

**Инструкция** (Команда) – это отдельная операция процессора, определенная системой команд и, которая, содержит в себе закодированную информацию о том, какое действие необходимо совершить и, если это требуется, над какими данными.

**Программа** – это комбинация инструкций и данных, позволяющая аппаратному обеспечению вычислительной системы выполнять вычисления или функции управления.

**Слово** – это определяемая архитектурой величина, измеряемая в битах или байтах и равная разрядности регистров процессора и\или шины данных.

**Арифметико-логическое устройство** (АЛУ) – это устройство, предназначенное для выполнения арифметических и поразрядно-логических операций над многоразрядными словами.

**Критический путь** – это самый длинный путь прохождения сигнала в комбинационной схеме (характеризует максимальное время распространения сигнала в этой комбинационной схеме: от начала изменений значений на входах, до момента, когда все выходы достигнут установившихся значений).

**Архитектура** – абстрактная модель совокупности функциональных возможностей процессора.

**Микроархитектура** – это структурная организация процессора, описывающая, как именно расположены и соединены друг с другом его функциональные узлы (регистры, АЛУ, конечные автоматы, блоки памяти и другие блоки, необходимые для реализации архитектуры).

**Архитектура системы команд** (Instruction Set Architecture, ISA) – часть архитектуры, определяющая программируемую часть процессора, то есть средства вычислительной машины, которые видны и доступны программисту (система команд, поддерживаемые форматы данных, системы регистров, способы адресации, модели памяти и т.д.).

**Система команд** – это совокупность команд (инструкций), выполнение которых на аппаратном уровне поддерживает процессор.

**Устройство управления** – блок процессора, организующий последовательную выборку команд из памяти, их дешифрацию и формирование соответствующих управляющих сигналов для всех блоков процессора.

**Конвейер команд** (Вычислительный конвейер) – это способ временного распараллеливания исполняемых команд, при котором выполнение команд разделяется на несколько более простых операций (называемых ступенями), под каждую из которых выделен свой блок аппаратуры и организована передача данных между ними, благодаря чему можно одновременно выполнять несколько команд на разных стадиях конвейера. 

**Конфликты конвейера** – это ситуации, которые препятствуют выполнению очередной команды из потока команд в предназначенном для нее такте, по причине нехватки ресурсов (структурный конфликт), зависимости от данных, получаемых в еще незавершенной команде (конфликт по данным) или из-за неопределенности – какую команду загружать после команды условного перехода, до того, как истинность условия стала известной (конфликт по управлению).

**Прерывание** – это автоматическое изменение хода выполнения программы (запуск подпрограммы обработчика прерывания), вызванное событием (программным или аппаратным) или совокупностью событий, возникших в некоторой части вычислительной системы.

**Вектор прерывания** – адрес начала подпрограммы обработчика прерывания, который загружается в счетчик команд (Program counter) при возникновении соответствующего прерывания.

**Исключения** – это нештатные ситуации, возникающие при ошибках в работе процессора, либо ошибках при работе с памятью.

**Стек** – способ организации памяти, при котором слово данных, записанное последним, при считывании будет доступно первым (Last In, First Out, LIFO).

**Ассоциативная память** – это способ организации памяти, при котором поиск требуемых данных происходит не по адресу местоположения в памяти, а по уникальным признакам (тегам), хранящимся вместе с соответствующими данными.

**Локальность по обращению** – это понятие, отражающее закономерность обращений программ к памяти и, с высокой вероятностью, проявляющееся в повторном использовании данных, к которым недавно уже обращались (временная локальность данных), и в использовании в ближайшем будущем данных, находящихся по соседним адресам (пространственная локальность программ и данных).

**Кэш-память** – память малого объема, работающая значительно быстрее основной памяти – на частоте ядра процессора, и, храня в себе одновременно лишь малую часть основной памяти, призвана повысить скорость доступа к данным за счет их временной и пространственной локальности.

**Виртуальная память** – это способ автоматического управления иерархической памятью, при котором для нескольких ее уровней организуется единое адресное пространство, благодаря чему можно создать для программиста видимость памяти большого объема, а перемещая данные между уровнями (согласно локальности по обращению) для большинства обращений к памяти обеспечивать скорость доступа, равную скорости более быстрых типов памяти.

**Транзакция** – операция на шине.

**Шина** – это группа сигнальных линий, предназначенных для выполнения определенной функции в программно-управляемом процессе передачи данных.

**Интерфейс** – совокупность механических, электрических и программных средств, с помощью которых компоненты системы объединяются для решения задачи обмена информации.

**Арбитр магистрали** – это устройство, контролирующее соблюдение правил предоставления общей шины одному из запросивших ее устройств, другими словами, арбитр выбирает какому устройству и на сколько время предоставить управление шиной для передачи информации, вместе с тем контролирует присутствие на общей шине строго не более одного ведущего устройства в любой момент времени.

**Совмещенное адресное пространство** – это способ построения систем ввода\вывода, при котором определенная область адресов памяти отводится для адресации регистров устройств ввода\вывода.

**Выделенное адресное пространство** – это способ построения систем ввода\вывода, при котором система памяти и система ввода\вывода имеют собственные, отдельные системы адресов, с изолированными, раздельными линиями адреса, в связи с чем, для управления вводом\выводом используются специальные инструкции.

**Принстонская архитектура** – это способ организации памяти, при котором для хранения программ и данных используется единая (общая) память с разделенным по времени доступом (по очереди) к командам, либо данным, по общей шине процессор-память.

**Гарвардская архитектура** – это способ организации памяти, при котором используют отдельную память для хранения программ, и отдельную память для данных, каждая из которых соединена с процессором собственной шиной.

**CISC** (Complex Instruction Set Computer) – это архитектура с полным набором команд, изначально ориентированная на уменьшении рутины при программировании, она характеризуется наличием большого (около тысяча и более) количества разнообразных простых и сложных команд и множеством различных способов адресации операндов, благодаря чему коды инструкций имеют переменную длину, а в качестве операндов могут использоваться ячейки основной памяти.

**RISC** (Reduced Instruction Set Computer) – это архитектура с сокращенным набором команд, которая ориентирована на простоту реализации, из-за чего поддерживает, в основном, не более сотни команд, кодируемых словами фиксированной длины, и использующей всего несколько способов адресации операндов, но выполнять операции можно только с данными из регистрового файла, в связи с чем необходимо применять специальные команды пересылки данных между основной памятью и процессором.

**VLIW** (Very Long Instruction Word) – это архитектура со сверхдлинным командным словом, характеризующаяся увеличенным количеством исполнительных устройств, а сверхдлинная команда, является, по сути, склейкой нескольких выполняющихся одновременно RISC-инструкций, каждая из которых управляет определенным исполнительным устройством, что предоставляет программисту все возможности параллельной обработки.

**Скалярный процессор** – это процессор, в каждый момент времени осуществляющий работу только над одной порцией данных.

**Суперскалярный процессор** – это процессор, который одновременно выполняет более чем одну скалярную команду.

**Суперскалярная микроархитектура** – это микроархитектура с увеличенным количеством исполнительных устройств, в которой параллельная обработка достигается за счет выборки сразу нескольких инструкций за раз, динамически распределяя между исполнительными устройствами с целью их максимальной загрузки.