02.10.26

2026-10-02 22:58:53 +03:00
parent 4886625dac
commit fec7f50b3e
9 changed files with 180 additions and 3 deletions
@@ -10,8 +10,11 @@
 - [Понятие системы](Системная%20инженерия/Понятие%20системы.md)
 - [Компьютерные системы](Вычислительные%20системы/Компьютерные%20системы.md)
 - [Особенности производства аппаратуры](Системная%20инженерия/Особенности%20производства%20аппаратуры.md)
+- [Hardware and Software](Системная%20инженерия/Hardware%20and%20Software.md)
 ## Схемотехника
 - [Цифровая схемотехника](Цифровая%20схемотехника/Цифровая%20схемотехника.md)
+## Теория вычислений
+- [Модель вычислений](Вычислительные%20системы/Модель%20вычислений.md)
 ## Вычислительные архитектуры
 - [Вычислительные архитектуры](Архитектуры/Вычислительные%20архитектуры.md)
 ## Инструменты low-level
@@ -12,4 +12,4 @@
 3. Desktops - компьютеры на рабочем месте, почти у всех
 4. Сервисы - решения прикладных задач, чтобы не делать их локально
 5. Мобильные вычисления - повсеместно
-6.  Вычисления окружают нас уже повсеместно
+6. Вычисления окружают нас уже повсеместно
@@ -0,0 +1,82 @@
+MoC - Model of Computation
+1. MoC предоставляет язык для описания моделей процессов/программ/структур
+2. MoC определяет возможности вычислительной машины
+3. MoC характеризует, как исполняется модель (программа): возможные состояния вычислителя, их последовательность, правила переходов (детерменированные или нет)
+4. MoC, обычно, минималистичны относительно реальных вычислителей
+## Последовательные модели
+Sequential models
+Относительно просто реализуются в виде аппаратных схем
+### Конечные автоматы
+
+![](../../Attachments/FSM.png)
+
+Несколько наборов состояний системы и условия переходов между ними
+#### Автомат с магазинной памятью
+
+![](../../Attachments/Автомат%20с%20магазинной%20памятью.png)
+
+Например, парсеры
+#### Достоинства
+- Таблица состояний
+- Верифицируемость переходов
+- Простая реализация в схемотехнике и ПО
+### Машина Тьюринга 
+Включает:
+- Неограниченную двустороннюю ленту, разделенную на ячейки
+- Устройство управления (головка записи-чтения), которое может находиться в конечном числе состояний
+Управляющее устройство может:
+- Перемещаться по ленте влево и вправо
+- Читать и записывать в ячейки символы конечного алфавита
+Машина Тьюринга
+1. Не может быть реализована на практике (нет бесконечной ленты)
+2. Обладает полнотой по Тьюрингу (можно реализовать любой известный алгоритм)
+3. Проблема остановки
+4. Данные и управление отделены
+5. Ориентирована на реализацию
+### Random Access Machine
+
+![](../../Attachments/RAM.png)
+## Функциональные модели
+Functional models
+Представление вычислительного процесса как совокупности символов и правил их преобразований
+1. Арифметика
+2. Лямбда исчисление (полнота по Тьюрингу)
+3. Combinatory logic
+4. General recursive functions
+5. Abstract rewriting systems
+Программа/данные - математический объект
+Возможна Тьюринг неполнота
+### Лямбда исчисление
+#### 4 вида выражений
+1. Переменная: $x, y\ \text{и} \ z$
+2. Константа: $a,b,c$
+3. Коминация (вызов): $s\ t$
+4. Абстракция: $\lambda x.s$
+#### 3 вида редукций/подстановки
+1. Переименование переменных: $\lambda u.u\ v \xrightarrow{\alpha} \lambda w.w\ v$
+2. Применение функции (подстановка аргумента): $(\lambda x.s)\ t \xrightarrow{\beta} s[t/x]$
+3. Сокращение аргумента: $\lambda u.v\ u \xrightarrow{\eta} v$
+## Параллельные модели
+Системы, включающие несколько взаимодействующих процессов
+- Kahn process networks - однонаправленные каналы с неограниченными буферами (+- как в гошке)
+- Actor model - отправка сообщений в "почтовые ящики" (как в Erlang)
+- Discrete Event - события в заданные моменты времени (цифровые схемы)
+- Multi-Thread Model - общая память (как в джаве)
+- Synchronous Data Flow - синхронизированные потоки данных
+## Близкие понятия
+### Парадигмы программирования
+Способ классификации языков программирования на основе их функций. Языки могут относиться к нескольким парадигмам
+### Стиль программирования
+Это набор правил или рекомендации, используемых при написании исходного кода компьютерной программы
+## Применение на практике
+1. Computer Science. Формальные модели
+2. Дизайн ЯПов
+3. Ограничение творческого порыва, контроль сложности
+4. Модель-ориентированная инженерия
+## Model-Driven Engineering
+1. Разработка через моделирование предметной области
+2. Автоматическая генерация кода из моделей
+3. Повышение уровня абстракции при разработке
+4. Сокращение разрыва между требованиями и реализацией
+5. Улучшение коммуникации между заинтересованными сторонами
+6. Снижение сложности разработки масштабных систем
@@ -0,0 +1,82 @@
+- **Hardware** производится один раз и дальше не меняется, не корректируется
+- **Software** адаптируется под задачу, легко изменяется
+- Разделены по времени/специальности: разные дисциплины и разные индустрии
+## Как разделить HW/SW
+1. Определяем возможности "конфигурирования":
+	- Заложенные при проектировании - интерфейс задокументирован и стабилен (ISA, API)
+	- Незадокументированные (нецелевое использование, дыра в безопасности) - используется то, что интерфейсом не гарантировано но работает
+2. Фиксируем интерфейс "конфигурирования"
+	- Набор механизмов
+	- Модель вычислений
+	- Интструментальные средства
+## Конфигурирование [РЭА](Особенности%20производства%20аппаратуры.md#Монтаж%20радиоэлектронной%20аппаратуры%20(РЭА))
+1. Макетные платы
+2. Печатные платы: перерезать, навесить дорожку
+3. Джамперы
+4. Платы расширения
+	- Вычислительные платы
+	- Порты ввода/вывода
+	- Dendy (память программ и графическая память)
+## Реконфигурация. Коммутация
+### Реконфигурируемые архитектуры
+Архитектуры, где задача отображается в структуру вычислителя (пространственно, spatial), а не выполняется потоком инструкций. В отличие от ASIC, это структура может быть перенастроена после изготовления
+1. Программируемые логические интеграционные схемы
+2. Крупногранулярные реконфигурируемые массивы (CGRA)
+3. Выстраивание людей для расчета таблиц
+## Программное управление
+1. Данные (программы) определяют то, какой прикладной процесс будет разворачиваться
+2. Количество уровней исполнения/интерпретации данных ограничено только целесообразностью
+**Временные вычисления** - одна и та же схема последовательно проходит через разные состояния во времени
+## Аппаратное обеспечение
+Электронные и механические части вычислительного устройства, входящие в состав системы. Включает: компьютеры и логические устройства, внешние устройства и диагностическую аппаратуру, энергетическое оборудование
+## Программное обеспечение (ПО)
+Совокупность программ и программных документов необходимых для эксплуатации. Позволяет аппаратному обеспечению выполнять функции
+## Аппаратура и ПО != Hardware и Software
+1. Программная/аппаратная составляющая слабо связаны с SW/HW:
+	- Minix - ОС встроена в Intel ME/CSME
+	- Микропрограммное обеспечение
+2. Часто аппаратурой называют то, что работает как аппаратное обеспечение
+	- Virutal-Computer, Virtual-Network, Virtual-Volume, etc
+	- Реконфигурируемые архитектуры (ПЛИС, CGRA)
+3. Разделение на SW/HW зависит в большей степени от способа использования
+	- Hardware - тяжело/долго/дорого поменять
+	- Software - легко/быстро/дешево поменять
+## Плюсы и минусы ПО/SW
+### Часть плюсов
+1. Быстрый цикл разработки, CI/CD и тд
+2. Меняем у пользователя
+3. Пользователь - Beta-тестер
+### Часть минусов
+1. Высокая сложность программ
+2. Безопасность
+3. Культура разработки. Верификация
+## Типовое HW/SW проектирование
+### Проектируем аппаратуру
+- Система команд и вычислительные механизмы
+- Интерфейсы управления аппаратурой
+- Цифровая схематехника, система команд
+### Пишем программу
+- Прикладная задача
+- Язык и библиотеки
+- Система команд и вычислительные механизмы (виртуальная память, прерывания)
+- Интерфейсы управления аппаратурой
+### Проблемы
+1. Излишне шаблонное проектирование
+2. Высокие интеграционные риски
+3. Последовательная разработка (сроки)
+## Hardware/Software CoDesign
+Мы проектируем систему
+1. Разработка интерфейса HW/SW (системы команд)
+2. Разработка моделей HW/SW, для получения обратной связи
+3. Разработка HW/SW, верификация моделей
+4. Заменая моделей на HW/SW
+
+![](../../Attachments/CoDesign%20HW-SW.png)
+
+В итоге: сокращение цикла разработки
+## Как выбирать инструменты для разработки Software
+1. От доступного Hardware и инструментальных средств
+2. От доступной команды разработки
+3. От прикладной задачи
+	- От области (библиотеки)
+	- От модели вычислений (принципов организации вычислительного процесса: параллелизм, конвейризация, оптимизации и тд)
@@ -23,7 +23,7 @@
 Различают:
 - одно- и двухслойные платы
 - многослойные платы
-## Виды монтажа компонентоы
+## Виды монтажа компонентов
 - Выводной (в отверстие)
 - Поверхностный
 - Встроенный
@@ -94,6 +94,7 @@
 1. Разные частоты процессоров -> разные SKU из одного wafer
 2. Core Single / Core Duo / Core Quad -> одинаковый кристалл, разное число активных ядер
 3. Intel Pentium / Celeron -> урезанные Core с отключенными кэшем и функциями
+## Реальный мир
 ### Производство
 1. Логистика
 2. Склады
@@ -108,3 +109,12 @@
 2. Необходимость физического доступа
 3. Особенности среды эксплуатации
 4. Долгосрочные эффекты
+### Сложность изменений
+1. Чем совершеннее технология, тем сложнее внести изменения
+2. Физический контакт
+### Варианты замены устаревшей аппаратуры
+1. Перепроектирование на новой элементной базе
+2. Модульная организация. Стандартные интерфейсы. Имитация старых систем
+3. Виртуализация
+
+Как решаем проблемы аппаратуры - [Hardware and Software](Hardware%20and%20Software.md)