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;

3. магистральность.

Модульность построения предполагает выделение в структуре ЭВМ достаточно автономных, функционально конструктивно законченных устройств (процессор, модуль памяти, накопитель на жестком или гибком магнитном диске).

Модульная конструкция ЭВМ делает ее открытой системой, способной к адаптации и совершенствованию. К ЭВМ можно подключать дополнительные устройства, улучшая ее технические и экономические показатели. Появляется возможность наращивания вычислительной мощи, улучшения структуры путем замены отдельных устройств на более совершенные, изменения и управления конфигурацией системы, приспособления ее к конкретным условиям применения в соответствии с требованиями пользователей.

Модульность структуры ЭВМ требует стандартизации и унификации оборудования, номенклатуры технических и программных средств, средств сопряжения — интерфейсов, конструктивных решений, унификации типовых элементов замены, элементной базы и нормативно-технической документации. Все это способствует улучшению технических и эксплутационных характеристик ЭВМ, росту технологичности их производства.

В современных ЭВМ принцип децентрализации и параллельной работы распространен как на периферийные устройства, так и на сами ЭВМ (процессоры). Появились вычислительные системы (ВС), содержащие несколько вычислителей (ЭВМ или процессоры), работающие согласованно и параллельно.

Внутри самой ЭВМ произошло еще более резкое разделение функций между средствами обработки. Появились отдельные специализированные процессоры, например сопроцессоры, выполняющие обработку чисел с плавающей точкой, матричные процессоры и др.

Децентрализация управления предполагает иерархическую организацию структуры ЭВМ. Устройство управления главного, или центрального, процессора определяет лишь последовательность работ подчиненных модулей и их инициализацию, после чего они продолжают работу по собственным программам управления. Результаты выполнения требуемых операций представляются ими «вверх по иерархии» для правильной координации всех работ.

Иерархический принцип построения и управления характерен не только для структуры ЭВМ в целом, но и для отдельных ее подсистем. Например, по этому же принципу строится система памяти ЭВМ.

Магистральность заключается в том, что подчиненные модули (контроллеры, адаптеры, КВВ) могут в свою очередь использовать специальные шины для обмена информацией.

Стандартизация и унификация привели к появлению иерархии шин и к их специализации. Из-за различий в скоростях работы отдельных устройств в структурах ПК появились:

· системная шина — для взаимодействия основных устройств;

· локальная шина — для ускорения обмена видеоданными;

· периферийная шина — для подключения «медленных» периферийных устройств.

Таким образом, способы формирования структуры не выходят за пределы классической структуры фон Неймана. Их объединяют следующие традиционные признаки :

1. ядро ЭВМ образует процессор — единственный вычислитель в структуре, дополненный каналами обмена информацией и памятью;

2. линейная организация ячеек всех видов памяти фиксированного размера;

3. одноуровневая адресация ячеек памяти, стирающая различия между всеми типами информации;

4. внутренний машинный язык низкого уровня, при котором команды содержат элементарные операции преобразования простых операндов;

5. последовательное централизованное управление вычислениями;

6. особенности организации ввода вывода.

Функции

программного обеспечения

 

Программное обеспечение - это комплекс программных средств регулярного применения, предназначенный для подготовки и решения задач пользователями.

Программное обеспечение (ПО) отдельных ЭВМ и ВС может сильно различаться составом используемых программ, который определяется классом задействованной вычислительной техники, режимами ее применения, содержанием вычислительных работ пользователей и т.п. Развитие ПО современных ЭВМ и ВС в значительной степени носит эволюционный и эмпирический характер, но можно выделить закономерности в его построении.

В общем случае процесс подготовки и решения задач на ЭВМ пользователями предусматривает выполнение следующей последовательности этапов:

Рис.Автоматизация подготовки и решения задач в ЭВМ

 

1. формулировка проблемы и математическая постановка задачи;

2. выбор метода и разработка алгоритма решения;

3. программирование (запись алгоритма) с использованием некоторого алгоритмического языка;

4. планирование и организация вычислительного процесса —порядка и последовательности использования ресурсов ЭВМ и ВС;

5. формирование «машинной программы», т.е. программы, которую непосредственно будет выполнять ЭВМ;

6. собственно решение задачи — выполнение вычислений по готовой

7. программе.

По мере развития вычислительной техники автоматизация этих этапов идет снизу вверх. В ЭВМ первого поколения автоматизации подлежал только шестой этап. Все пять предыдущих этапов пользователь должен был готовить вручную самостоятельно.

Трудоемкий и рутинный характер этих работ был источником большого количества ошибок в заданиях.

Таким образом, машины будущего поколения будут ориентированны на использование сложного, много эшелонного иерархического программного обеспечения систем обработки данных.

 

Персональные ЭВМ

 

В настоящее время персональным ЭВМ (ПЭВМ) отводится решающая роль при переходе общества к информатизации — наиболее полному использованию информационных технологий.

Интересны причины появления и развития этого класса ЭВМ. Структура и динамика развития мирового парка ЭВМ показаны на Рис. 1.6.

Сегодня доля ПЭВМ в мировом парке составляет около 80%. Доли больших ЭВМ и мини-ЭВМ (в последнее время они заменяются средними ЭВМ новых поколений) оцениваются примерно по 10%.

Развитие ПЭВМ определяется прежде всего экономическими факторами, так как стоимость единицы вычислительной мощности в них обходится значительно дешевле.

МикроЭВМ, ориентированная на разработку и использование прикладных программ «непрограммирующим профессионалом», получила название персонального компьютера, а соответствующий режим использования вычислительной техники — режим персональных вычислений».

Основная цель использования ПЭВМ—формализация профессиональных знаний.

Здесь в первую очередь автоматизируется рутинная часть работ специалистов, которая занимает более 75% их рабочего времени.

Причинами стремительного роста индустрии персональных ЭВМ следует считать:

1. высокую эффективность применения по сравнению с другими классами ЭВМ при малой стоимости (от нескольких сот до нескольких тысяч долларов — в зависимости от типа и комплектации);

2. возможность индивидуального взаимодействия с ПК без каких-либо посредников и ограничений;

3. большие возможности по обработке информации (быстродействие — сотни миллионов операций в секунду; емкость памяти: оперативной — единицы и десятки Мбайтов, внешней — сотни Мбайтов, единицы Гбайтов);

4. высокую надежность и простоту в эксплуатации;

5. возможность расширения и адаптации к особенностям применения;

6. наличие программного обеспечения, охватывающего практически все сферы человеческой деятельности, а также мощных систем для разработки нового программного обеспечения;

7. простоту использования, основанную на «дружественном» взаимодействии с ПК, с помощью пакетов прикладных программ.

Эффективная работа на ПЭВМ предполагает своевременное обеспечение ее необходимой входной информацией и распространение полученных результатов обработки. Поэтому все ПЭВМ имеют возможность сопряжения через сетевые адаптеры и модемы с каналами связи. Подключение ПЭВМ к вычислительным сетям в еще большей степени усиливает эффективность их применения.