ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И АХИТЕКТУРА ЭВМ

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И АХИТЕКТУРА ЭВМ

 

Основные характеристики ЭВМ

Первые электронные вычислительные машины (ЭВМ) появились немногим более полувека назад. За это время микроэлектроника, вычислительная техника и вся индустрия… В настоящее время ЭВМ используются не только для выполнения сложных расчетов, но и в управлении производственными…

Перечисленные специалисты рассматривают понятие архитектуры в более узком смысле. Для них наиболее важные структурные особенности сосредоточены в наборе команд ЭВМ, разграничивающем аппаратные и программные средства.

Пользователи ЭВМ рассматривают архитектуру через более высокоуровневые аспекты, касающиеся их взаимодействия с ЭВМ (человеко-машинного интерфейса), начиная со следующих групп характеристик ЭВМ, определяющих ее структуру:

1. технические и эксплуатационные характеристики ЭВМ (быстродействие и производительность, показатели надежности, достовер-ности, точности, емкость оперативной и внешней памяти, габаритные размеры, стоимость технических и программных средств, особенности эксплуатации и др.);

2. характеристики и состав функциональных модулей базовой конфигурации ЭВМ; возможность расширения состава технических и программных средств; возможность изменения структуры;

3. состав программного обеспечения ЭВМ и сервисных услуг (операционная система или среда, пакеты прикладных программ, средства автоматизации программирования).

Важнейшими характеристиками ЭВМ являются быстродействие и производительность.

Эти характеристики тесно связаны.

Быстродействие характеризуется числом определенного типа команд, выполняемых ЭВМ за одну секунду.

Производительность — это объем работ (например, число стандартных программ), выполняемый ЭВМ в единицу времени.

Определение характеристик быстродействия и производительности представляет собой очень сложную инженерную и научную задачу, до настоящего времени не имеющую единых подходов и методов решения.

Одной из альтернативных единиц измерения быстродействия была и остается величина, измеряемая в MIPS (Million Instructions Per Second — миллион операций в секунду).

В качестве операций здесь обычно рассматриваются наиболее короткие операции типа сложения.

При решении научно-технических задач в программах резко увеличивается удельный вес операций с плавающей точкой.

Для больших однопроцессорных машин в этом случае используеться характеристика быстродействия, выраженная в MFPOPS (Million Floating Point Operations Per Second — миллион операций с плавающей точкой в секунду).

Для персональных ЭВМ этот показатель практически не применяется из-за особенностей решаемых задач и структурных характеристик ЭВМ.

Для более точных комплексных оценок существуют тестовые наборы, которые можно разделить на три группы:

1. наборы тестов фирм-изготовителей для оценивания качества собственных изделий (например, компания Intel для своих микропроцессоров ввела показатель iCOMP-Intel Comparative Microprocessor Performance);

2. стандартные универсальные тесты для ЭВМ, предназначенные для крупномасштабных вычислений ( например, пакет математических задач Linpack, по которому ведется список ТОР 500, включающий 500 самых производительных компьютерных установок в мире);

3. специализированные тесты для конкретных областей применения компьютеров (например, для тестирования ПК по критериям офисной группы приложений используется тест Winstone97-Business, для «группы домашних компьютеров» — WinBench97-CPUMark32, а для группы ПК для профессиональной работы — 3DWinBench97-UserScene).

Другой важнейшей характеристикой ЭВМ является емкость запоминающих устройств. Она измеряется количеством структурных единиц информации, которые одновременно можно разместить в памяти. Этот показатель позволяет определить, какой набор программ и данных может быть одновременно размещен в памяти.

Надежность — это способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного времени (стандарт ISO (Международная организация стандартов) -2382/14-78).

Надежность увеличивается при переходе на новую элементную базу – сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) — резко сокращает число используемых интегральных схем, а значит, и число их соединений друг с другом.

На надежность влияет компоновка компьютера и обеспечение требуемых режимов работы (охлаждение, защита от пыли).

Модульный принцип построения позволяет легко проверять и контролировать работу всех устройств, проводить диагностику и устранять неисправности.

Точность — возможность различать почти равные значения (стандарт ISO — 2382/2-76). Точность получения результатов обработки в основном определяется разрядностью ЭВМ, которая в зависимости от класса ЭВМ может составлять 32, 64 и 128 двоичных разрядов.

Достоверность — свойство информации быть правильно воспринятой. Достоверность характеризуется вероятностью получения безошибочных результатов.

Заданный уровень достоверности обеспечивается аппаратно-программными средствами контроля самой ЭВМ. Возможны методы контроля достоверности путем решения эталонных задач и повторных расчетов. В особо ответственных случаях проводятся контрольные решения на других ЭВМ и сравнение результатов.

 

Классификация средств ЭВТ

Традиционно электронную вычислительную технику подразделяют на аналоговую и цифровую.

В аналоговых вычислительных машинах (АВМ) обрабатываемая информация представляется соответствующими значениями аналоговых величин: тока, напряжения, угла поворота какого-то механизма и т.п.

Эти машины обеспечивают приемлемое быстродействие, ноне очень высокую точность вычислений (0.001) Подобные машины распространены не очень широко.

Они используются в основном в проектных и научно-исследовательских учреждениях в составе различных стендов по отработке сложных образцов техники. По своему назначению их можно рассматривать как специализированные вычислительные машины.

В настоящее время под словом ЭВМ обычно понимают цифровые вычислительные машины, в которых информация кодируется двоичными кодами чисел. Эти машины являются самой массовой вычислительной техникой.

Существуют три глобальные сферы деятельности человека, которые требуют использования качественно различных типов ЭВМ.

Первое направление является традиционным — применение ЭВМ для автоматизации вычислений, т.е. для решения задач:

· проектирования новых образцов техники;

· моделирования сложных процессов;

· атомной и космической техники.

Отличительной особенностью этого направления является наличие хорошей математической основы.

Вторая сфера применения ЭВМ связана с использованием их в системах управления. Она зародилась примерно в шестидесятые годы, когда ЭВМ стали интенсивно внедряться в контуры управления автоматических и автоматизированных систем.

Такое применение вычислительных машин потребовало видоизменения их структуры. ЭВМ, используемые в управлении, должны были не только обеспечивать вычисления, но и автоматизировать сбор данных и распределение результатов обработки.

Одновременно со структурными изменениями ЭВМ происходило и качественное изменение характера вычислений. Доля чисто математических расчетов постоянно сокращалась, и на сегодняшний день она составляет около 10% от всех вычислительных работ. Машины все больше стали использоваться для новых видов обработки: текстов, графики, звука и др. Для выполнения этих работ в настоящее время применяются в основном ПЭВМ.

Третье направление связано с применением ЭВМ для решения задач искусственного интеллекта. Задачи искусственного интеллекта предполагают получение не точного результата, а . чаще всего осредненного в статистическом, вероятностном смысле. Примеров подобных задач много: задачи робототехники, доказательства теорем, машинного перевода текстов с одного языка на другой, планирования с учетом неполной информации, составления прогнозов, моделирования сложных процессов и явлений и т.д.

В рамках этого направления во многих областях науки и техники создаются и совершенствуются базы данных и базы знаний, экспертные системы.

 

Классификация средств вычислительной

Техники по быстродействию

Представляется возможным предложить следующую классификацию средств вычислительной техники, в основу которой положено их разделение по… 1. суперЭВМ для решения крупномасштабных вычислительных задач, для… 2. большие ЭВМ для комплектования ведомственных, территориальных и региональных вычислительных центров;

Классификация средств вычислительной

Техники по месту и роли в сети

С развитием сетевых технологий все больше начинает использоваться другой классификационный признак, отражающий место и роль ЭВМ в сети: · мощные машины и вычислительные системы для управления гигантскими сетевыми… · кластерные структуры;

Общие принципы

Построения современных ЭВМ

Основным принципом построения всех современных ЭВМ являетсяпрограммное управление. В основе его лежит представление алгоритма решения любой задачи в… Алгоритм — это конечный набор предписаний, определяющий решение задачи… Программа для ЭВМ — это упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке.

Принципы построения ЭВМ третьего поколения

Современные ЭВМ имеют достаточно развитые системы машинных операций. Например, ЭВМ типа IBM PC имеют около 200 различных операций (170 — 230 в… Микрокоманда — это простейшее преобразование данных типа алгебраического… Уже в первых ЭВМ для увеличения их производительности широко применялось совмещение операций.

Принципы построения ПЭВМ

  Рис. 1.3. Структурная схема ПЭВМ

Способы формирования структуры ПЭВМ

Децентрализация построения и управления вызвала к жизни такие элементы, которые являются общим стандартом структур современных ЭВМ: 1. модульность построения; 2. иерархия управления;