Память ЭВМ: История развития ЭВМ

Введение

Идея автоматизации процесса обработки данных заложена в принцип действия ЭВМ, которая фактически воспроизводит процесс ручного механического счета.

ЭВМ –это совокупность технических и программных средств, предназначенных для автоматизированной обработки информации (дискретных сообщений) по требуемому алгоритму.

Алгоритм- набор правил, позволяющий решить любую конкретную задачу из определенного класса. С помощью алгоритма задают последовательность действий, которые надо совершить для получения искомого решения. Алгоритм решения задачи вводиться в ЭВМ в виде программы, написанной на каком-либо языке программирования, и хранится в памяти ЭВМ в форме машинных кодов команд, осуществляющих управление ходом вычислительного процесса.

Памятью ЭВМназывается совокупность устройств, служащих для запоминания, хранения и выдачи информации.

Языки программирования– это формальные языки, служащие средством общения между человеком и ЭВМ. Языки программирования низкого уровня максимально приближены к машинным кодам. Характерной особенностью так называемых языков программирования высокого уровня является совпадение результата действия оператора с общепринятым смысловым или бытовым значением команды.

Любая ЭВМ содержит следующие основные подсистемы: обрабатывающую подсистему (операционные устройства и устройства управления); подсистему памяти; подсистему ввода-вывода; подсистему управления и обслуживания.

Перед началом решения задачи в подсистему памяти через подсистему ввода/вывода записываются кодированные данные и программа. В ходе вычислительного процесса по управляющим сигналам устройств управления при выполнении очередной команды программы считывается код команды, по нему определяется местонахождение данных, после чего они извлекаются из соответствующего запоминающего устройства. Обрабатывающая система выполняет над ними указанную в коде команды операцию и записывает результат на хранение в запоминающее устройство. Затем определяется местонахождение кода следующей команды и цикл повторяется.

В памяти ЭВМ хранится также вспомогательные и служебные программы, составляющие программное обеспечение (ПО) ЭВМ

Операционные устройства (АЛУ) выполняют арифметические и логические операции над поступающими двоичными кодами (команд и данных), причем любой процессор в состоянии выполнить ограниченный набор команд, входящий в так называемую систему команд ЭВМ.

Устройство управления под воздействием поступающих данных автоматически координирует работу всех устройств ЭВМ посредством своевременной выдачи на них управляющих сигналов.

В составе ЭВМ выделяется центральная обрабатывающая часть (ядро ЭВМ) и периферия (все подсистемы ввода/вывода и внешняя память).

Периферийное оборудование подключается к центральному ядру через каналы ввода/вывода (КВВ) и шинные интерфейсы. КВВ представляют собой специализированные процессоры, управляющие обменом между устройствами ввода/вывода и выделенной областью памяти. Среди КВВ выделилось специализированное так называемое интерфейсное оборудование, обеспечивающее согласование периферии с центральным ядром. В результате ЭВМ приобрела иерархическую структуру, в которой центральная обрабатывающая часть, КВВ, интерфейсы и периферия находятся на разных уровнях иерархии.

Таким образом, к общим принципам построения современных ЭВМ относится следующее.

¨ Обеспечение максимального удобства в работе пользователей и эффективной эксплуатации оборудования.

Это обеспечивается за счет введения в ЭВМ подсистемыуправления и обслуживания.

¨ Возможность мультипрограммной работы

Для мультипрограммной работы ЭВМ оснащена:

- средствами распределения памяти между программами,

- системой защиты памяти,

- системой прерываний и приоритетов,

- датчиком времени (таймером).

В ОЗУ таких ЭВМ хранится одновременно несколько параллельно выполняемых программ, и имеются средства защиты этих программ и приписанных к ним массивов от взаимного влияния. ОС расширена дополнительными управляющими программами, обеспечивающими различные режимы мультипрограммной работы (пакетный, разделения во времени, интерактивный и т. д.), изменения числа задач, приоритетов, возможность работы с машинными словами разной длины, операции с числами в двоично-десятичном коде и т.п.

¨ Иерархическая организация

- структуры ЭВМ,

- ее памяти,

- ПО,

- управления вычислительным процессом.

¨ Модульный принцип построения ЭВМ (из логически законченных блоков)позволяет наращивать вычислительную мощность и по мере необходимости подключать дополнительные устройства или устанавливать более совершенные, благодаря чему облегчается адаптация ЭВМ в зависимости от требований пользователя.

¨ Возможность адаптации, развития, модернизации и наращивания технических средств.

В наибольшей степени эти принципы используются в ЭВМ общего назначения, чья архитектура характеризуется:

¨ Универсальностью - обеспечивает возможность одинаково эффективного решения задач различных классов.

¨ Совместимостью: совместимость различных ЭВМ достигается за счет соответствующего выбора аппаратных средств, ОС, алгоритмических языков, пользовательских средств.

- информационная совместимость предполагает использование общих кодов и единых форматов представления данных, совпадение характеристик носителей информации и шин.

- программная совместимость чаще всего носит иерархический характер (снизу вверх – от младших моделей к старшим) и подразумевает единство логической структуры: систем адресации, команд, способов подключения периферийных устройств.

¨ Развитостью программного обеспечения.

¨ Агрегатностью технических средств (при этом вся система разбивается на большое число конструктивных модулей, каждый из которых выполняет собственные функции).

¨ Широкой номенклатурой периферийных устройств.

¨ Высокой технологичностью, унификацией и стандартизацией оборудования.

 

 

Общие сведения

Технико-эксплуатационные характеристики ЭВМ

Различают следующие виды быстродействия: -пиковое(предельное) - это быстродействие процессора без учета времени… -номинальное - быстродействие процессора с ОП;

История развития ЭВМ

История развития ЭВМ условно делится на отрезки, называемые поколениями ЭВМ. ЭВМ, принадлежащие к различным поколениям, отличаются элементной базой, функционально-логической организацией, конструктивно-технологическим исполнением, программным обеспечением, техническими и эксплуатационными характеристиками, степенью доступа к ЭВМ со стороны пользователя.

Смене поколений ЭВМ сопутствуют изменения технических характеристик:

¨ быстродействия;

¨ емкости памяти;

¨ надежности;

¨ стоимости.

Основная тенденция развития – стремление уменьшить трудоемкость подготовки программ, облегчить связь операторов и машин, повысить эффективность использования ЭВМ.

Первое поколение (1949-1958)

Основным активным элементом ЭВМ первого поколения является электронная лампа. (Остальные элементы: резисторы, конденсаторы, трансформаторы).

Для построения оперативной памяти применялись ферритовые сердечники. В качестве устройств ввода/вывода (УВВ) сначала использовалось стандартная телеграфная аппаратура, а затем специально для ЭВМ были разработаны электромеханические УВВ на перфокартах и перфолентах.

Машины этого поколения характеризуются:

¨ огромными размерами;

¨ малым быстродействием;

¨ малой емкостью оперативной памяти (ОП);

¨ невысокой надежностью;

¨ недостаточно развитым программным обеспечением (ПО).

Второе поколение (1959-1963)

Основной активный элемент ЭВМ второго поколения – транзистор.

Все показатели улучшены по сравнению с I поколением: уменьшены размеры, стоимость, масса и потребляемая мощность, повышена надежность и быстродействие, увеличен объём памяти.

Отличительные черты поколения:

¨ применение печатного монтажа;

¨ дифференциация по применению (специализация);

¨ в программном обеспечении (ПО) – появление алгоритмических языков;

¨ появление многопрограммных ЭВМ (совместная реализация программ за счет организации параллельной работы основных устройств ЭВМ);

¨ применение УВВ на магнитных носителях (магнитные ленты, барабаны, диски).

Третье поколение (1964-1976)

Отличительные черты поколения (при улучшении основных показателей по сравнению со вторым поколением) : ¨ увеличение количества используемых УВВ; ¨ ПО получило дальнейшее развитие, особенно операционные системы (используются различные режимы работы: пакетный,…

Пятое поколение (настоящее время)

¨ обеспечить простоту применения ЭВМ путем реализации систем ввода/вывода информации голосом; диалоговой обработки информации с использованием… ¨ упростить процесс создания программных средств путем автоматизации… ¨ улучшить основные характеристики и эксплуатационные качества ВТ для удовлетворения различных социальных задач,…

Классификация ЭВМ

Классификация ЭВМ по назначению

По назначению ЭВМ можно разделить на три группы: универсальные(общего назначения), проблемно-ориентированные и специализированные.

Универсальные ЭВМпредназначены для решения самых различных видов задач: научных, инженерно-технических, экономических, информационных, управленческих и других задач. В качестве универсальных ЭВМ используются различные типы компьютеров, начиная от супер-ЭВМ и кончая персональными ЭВМ. Решаемые на этих компьютерах задачи отличаются сложностью алгоритмов и объемами обрабатываемых данных. Причем одни универсальные ЭВМ могут работать в многопользовательском режиме (в вычислительных центрах коллективного пользования, в локальных компьютерных сетях и т.д.), другие - в однопользовательском режиме.

Табл.1.1.

Сравнительная характеристика ЭВМ различных поколений

Поколение ЭВМ	Первое 1949- 1958	Второе 1959- 1963	Третье 1964-1976	Четвертое 1977-…	Пятое …
Элемент-ная база	Электрон-ные лампы	Транзисто-ры	ИС малой и средней степени интеграции	БИС, СБИС	СБИС
Производи-тельность ЦП	До 105 оп/с	До 106 оп/с	До 107 оп/с	Более 107 оп/с	Более 108 оп/с (?)
Тип ОЗУ	Ферритовые сердечники	Миниатюрные ферритовые сердечники	Полупроводниковые на БИС	Полупроводниковые на СБИС	Полупроводниковые на СБИС
Объем ОЗУ	До 64 Кб	До 512 Кб	До 16 Мб	Более 16 Мб	Более ? Мб
Характерные типы ЭВМ	-	Малые, средние, большие, специальные	Большие, средние, мини- и микро-ЭВМ	Супер-ЭВМ, ПК, специальные, общие, сети	Супер-ЭВМ, ПК, специальные, общие, сети
Типичные модели	EDSAC, ENIAC, БЭСМ	RCA-501, IBM 7090 БЭСМ-6	IBM/360, PDP, ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ	SX-2, IBM PC/XT/AT, PS/2,Cray, сети	?
Языки программирования	Машинные коды	+ ассемблеры	+ процедурные ЯВУ	+непроцедурные ЯВУ	+ новые непроцедурные ЯВУ
Характерное ПО	Коды, автокоды, ассемблеры	Языки программирования, диспетчеры, АСУ,	ППП, СУБД, САПРы, ЯВУ, ОС	Базы знаний, системы параллельного программирования	Базы знаний, системы параллельного программирования
Средства связи с пользователем	Пульт управления и перфокарты	Перфокарты и перфоленты	Алфавитно-цифровые терминалы	Монохромные, цветные дисплеи, клавиатура, мышь	Устройства голосовой связи

Проблемно-ориентированные ЭВМслужат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам. На проблемно-ориентированных ЭВМ, в частности, создаются всевозможные управляющие вычислительные комплексы.

Специализированные ЭВМиспользуются для решения еще более узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, во многих случаях существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы.

 

 

Классификация ЭВМ по функциональным возможностям и размерам

По функциональным возможностям и размерам ЭВМ можно разделить (рис. 1.1) на супер-ЭВМ, большие, малые и микро-ЭВМ.

 

 

 

Рис. 1.1. Классификация ЭВМ по функциональным возможностям и размерам

Функциональные возможности ЭВМ обуславливаются основными технико-эксплуатационными характеристиками.

Некоторые сравнительные параметры названных классов современных ЭВМ приведены в таблице 1.2.

Табл. 1.2.

Сравнительные параметры различных классов ЭВМ

Параметр	Супер-ЭВМ	Большие ЭВМ	Малые ЭВМ	Микро-ЭВМ
Производит. MIPS	1000-100000	10-1000	1-100	1-100
Емкость ОП Мбайт	2000-10000	64-10 000	4-512	4-256
Емкость ВЗУ Гбайт	500-5000	50-1000	2-100	0,5-10
Разрядность бит	64-128	32-64	16-64	8-64

 

Исторически первыми появились большие ЭВМ, элементная база которых прошла путь от электронных ламп до интегральных схем со сверхвысокой степенью интеграции.

Супер-ЭВМ- мощные, высокоскоростные вычислительные машины (системы) с производительностью от сотен миллионов до триллионов операций с плавающей точкой в секунду. Супер-ЭВМ выгодно отличаются от больших универсальных ЭВМ по быстродействию числовой обработки, а от специализированных машин, обладающих высоким быстродействием в сугубо ограниченных областях, возможностью решения широкого класса задач с числовыми расчетами.

При производительности порядка нескольких GFLOPS можно еще обойтись одним векторно-конвейерным процессором (однопроцессорные супер-ЭВМ). Создание высокопроизводительной супер-ЭВМ с быстродействием порядка TFLOPS по современной технологии на одном процессоре не представляется возможным. Это связано с ограничением, обусловленным конечным значением скорости распространения электромагнитных волн (300 000 км/сек), так как время распространения сигнала на расстояние нескольких миллиметров (линейный размер стороны микропроцессора) при быстродействии 100 млрд. оп/с становится соизмеримым с временем выполнения одной операции. Поэтому супер-ЭВМ с такой производительностью создаются в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем.

В настоящее время в мире насчитывается несколько тысяч супер-ЭВМ, начиная с простых офисных до мощных: Cyber 205 (фирмы Control Data), VP 2000 (фирмы Fujitsu), VPP500 (фирмы Siemens) и др., производительностью несколько десятков GFLOPS.

Большие ЭВМ часто называют мэйнфреймами (Mainframe). Они поддерживают многопользовательский режим работы (обслуживают одновременно от 16 до 1000 пользователей).

Основные направления эффективного применения мэйнфреймов - это решение научно-технических задач, работа в вычислительных системах с пакетной обработкой информации, работа с большими базами данных, управление вычислительными сетями и их ресурсами. Последнее направление - использование мэйнфреймов в качестве больших серверов вычислительных сетей - часто отмечается специалистами среди наиболее актуальных.

Примерами больших ЭВМ может служить семейство больших машин ЕС ЭВМ, IBM ES/9000 (1990г.), IBM S/390 (1997г.), а также японские компьютеры М1800 фирмы Fujitsu.

Малые ЭВМ (мини-ЭВМ) - надежные, недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с мэйнфреймами возможностями. В многопользовательском режиме поддерживаются 16 - 512 пользователей.

Основные их особенности:

¨ широкий диапазон производительности в конкретных условиях применения,

¨ аппаратная реализация большинства системных функций ввода-вывода информации,

¨ простая реализация многопроцессорных и многомашинных систем,

¨ высокая скорость обработки прерываний,

¨ возможность работы с форматами данных различной длины.

К достоинствам мини-ЭВМ можно отнести:

1) специфическую архитектуру с большой модульностью;

2) лучшее, чем у мэйнфреймов, соотношение производительность/ стоимость;

3) широкая номенклатура периферийных устройств;

4) повышенную точность вычислений.

Мини-ЭВМ успешно применяются:

¨ в качестве управляющих вычислительных комплексов.

¨ вычислений в многопользовательских вычислительных системах,

¨ в системах автоматизированного проектирования,

¨ в системах моделирования и искусственного интеллекта,

Одними из первых мини-ЭВМ были компьютеры PDP-11 фирмы DEC (США), Система Малых ЭВМ (СМ ЭВМ): СМ1, 2,3,4,1400, 1700 и др. В настоящее время семейство мини-ЭВМ включает большое число моделей от VAX-11 до VAX 8000, супермини-ЭВМ класса VAX 9000 и др.

Микро-ЭВМпо назначению можно разделить на универсальные и специализированные.

Универсальные многопользовательские ЭВМ- это мощные микро ЭВМ, используемые в компьютерных сетях, оборудованные несколькими видеотерминалами и функционирующие в режиме разделения времени, что позволяет эффективно работать на них сразу нескольким пользователям. Это универсальные серверы(Server) компьютерных сетей, обрабатывающие запросы от всех станций сети, выделенный для обработки запросов от всех станций вычислительной сети, предоставляющий этим станциям доступ к общим системным ресурсам (вычислительным мощностям, базам данных, библиотекам программ, принтерам, факсам и др.) и распределяющий эти ресурсы.

Эту интенсивно развивающуюся группу компьютеров обычно относят к микро-ЭВМ, но по своим характеристикам мощные серверы скорее можно отнести к малым ЭВМ и даже к мэйнфреймам, а супер серверы приближаются к супер-ЭВМ.

Универсальные однопользовательские ЭВМ или персональные компьютеры (ПК)должныудовлетворять требованиям общедоступности и универсальности применения и иметь следующие характеристики:

¨ малую стоимость, находящуюся в пределах доступности для индивидуального покупателя;

¨ автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды;

¨ гибкость архитектуры, обеспечивающую ее адаптивность к разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту;

¨ «дружественность» операционной системы и прочего программного обеспечения для пользователя;

¨ высокую надежность работы (более 5000 ч. наработки на отказ).

Наибольшей популярностью в настоящее время пользуется ПК архитектурного направления (платформы) IBM с микропроцессорами фирмы Intel. По конструктивным особенностям ПК можно разделить на стационарные и переносные (мощные переносные компьютеры (рабочие станции) массой до 15 кг; портативные (наколенные) компьютеры типа «LapTop» массой 5-10кг; компьютеры-блокноты (Note Book и Sub Note Book) массой 1,5-4 кг и др.).

Специализированные ЭВМориентированы на решение определенного (постоянного) класса задач в течение периода своей эксплуатации. Ориентация специализированных ЭВМ осуществляется различными способами:

¨ специальной аппаратурной организацией самих ЭВМ или их внешних связей;

¨ созданием для ЭВМ специального программного обеспечения;

¨ введением дополнительных аппаратных блоков, расширяющих те или иные функции, возлагаемые на ЭВМ,

¨ и др.

Сферы использования таких ЭВМ как в нашей стране, так и за рубежом имеют устойчивую тенденцию к расширению. Можно выделить следующие основные области применения специализированных ЭВМ:

1) промышленное производство и транспорт;

2) военная техника и оборона;

3) непромышленная сфера.

Примером специализированных однопользовательских микро-ЭВМ, ориентированных для выполнения определенного круга задач (графических, инженерных, издательских и др.), являются рабочие станции(Work Station).

Специализированные многопользовательские микро-ЭВМ (спец. серверы)осуществляющие управление базами и архивами данных, многопользовательскими терминалами, поддерживающими факсимильную связь, электронную почту и др.

Специализированные серверыиспользуются для устранения наиболее «узких» мест в работе сети, а именно: создания и управления базами и архивами данных, поддержка многоадресной факсимильной связи и электронной почты, управления многопользовательскими терминалами (принтером, плоттером и др.

Файл-сервер используется для работы с файлами данных, имеет объемные дисковые ЗУ.

Архивационный сервер (сервер резервного копирования) предназначен для резервного копирования информации, использует накопители на магнитной ленте (стриммеры) со сменными картриджами.

Факс-сервер, почтовый сервер - выделенные компьютеры для организации эффективной многоадресной факсимильной связи или электронной почты.

Встраиваемые микро-ЭВМвходят составным элементом в промышленные и транспортные системы, технические устройства и аппараты, бытовые приборы. Они способствуют существенному повышению их эффективности функционирования, улучшению технико-экономических и эксплуатационных характеристик.

Специализированные однопользовательские ЭВМили рабочие станции (Work station), - это однопользовательская система с мощным процессором и многозадачной ОС, имеющая развитую графику с высоким разрешением, большую дисковую и оперативную память и встроенные сетевые средства.

Рабочие станции появились на рынке ЭВМ почти одновременно с ПК и находились впереди по своим вычислительным возможностям. Переломным моментом в развитии рабочих станций стало появление новой архитектуры микропроцессоров RISC, позволившей резко поднять производительность ЭВМ. Современные рабочие станции сопоставимы, а иногда даже превосходят ПК по своим характеристикам. Современная рабочая станция - это не просто большая вычислительная мощность, это тщательно сбалансированные возможности всех подсистем машины, чтобы ни одна из них не стала «узким местом», сводя на нет преимущества других. Всё это в значительной мере и определяло их область применения и проблемную ориентацию: автоматизированное проектирование, банковское дело, управление производством, разведка и добыча нефти, связь, издательская деятельность и др.

Лидером на мировом рынке рабочих станций является американская фирма Sun Microsystems. Архитектура SPARC, разработанная фирмой Sun и использующаяся в её машинах, стала фактически стандартом де-факто. Традиционно доминирующей ОС на рынке рабочих станций была система Unix и ей подобные системы (Solaris и др). В последнее время наблюдается некоторый рост использования операционных систем VAX VMS и в ещё большей степени Windows NT.

 

 

Функциональная и структурная организация ЭВМ

Связь между функциональной и структурной организацией ЭВМ

Функциональная организация ЭВМ - это абстрактная модель ЭВМ, описывающая функциональные возможности машины и предоставляемые ею услуги.… Предусматриваемые абстрактной моделью функции ЭВМ реализуются на основе… По степени детальности различают структурные схемы, составленные на уровне

Обрабатывающая подсистема

Операционные устройства (АЛУ) обрабатывающей подсистемы, кроме традиционных средств скалярной (суперскалярной) и логической обработки, все шире…    

Подсистема памяти

¨ сверхоперативный уровень (локальная память процессора, кэш-память первого и второго уровня); ¨ оперативный уровень (оперативная память, дисковый кэш); ¨ внешний уровень (внешние ЗУ на дисках, лентах и т.д.).

Подсистема ввода-вывода

В состав подсистемы ввода-вывода входит набор специализированных устройств, между которыми распределены функции ввода-вывода, что позволяет свести к минимуму потери производительности системы при операциях ввода-вывода. Эти устройства можно условно разделить на критичные и некритичные по быстродействию. К критичным по быстродействию устройствам относятся обработчики команд ввода-вывода и контроллеры интерфейсов. Эти устройства определяют пропускную способность подсистемы ввода-вывода. Некритичные по быстродействию устройства управляют распределением линий в подсистеме ввода-вывода.

Основными направлениями развития подсистем ввода-вывода являются канальная технология ввода-вывода, матричная топология коммутации периферийных устройств (ПУ), увеличение количества и пропускной способности каналов.

 

 

Подсистема управления и обслуживания

При разработке структуры ЭВМ все подсистемы должны быть сбалансированы между собой. Только оптимальное согласование быстродействия обрабатывающей…    

Архитектуры ЭВМ

Можно выделить следующие важные для пользователя группы характеристик ЭВМ, определяющих её архитектуру: 1) характеристики и состав модулей базовой конфигурации ЭВМ; 2) характеристики машинного языка и системы команд (количество и номенклатура команд, их форматы, системы адресации,…

SISD-компьютеры

       

Компьютеры с CISC архитектурой

¨ большим числом команд (более 200); ¨ переменной длиной команд (от 1 до 11 байт); ¨ значительным числом способов адресации и форматов команд;

Компьютеры с RISC архитектурой

Компьютеры с RISC (Reduced Instruction Set Computer) архитектурой содержат набор простых, часто употребляемых в программах команд. Основными являются операции типа «регистр-регистр».

Данная архитектура характеризуется:

¨ сокращенным числом команд;

¨ тем, что большинство команд выполняется за один машинный такт;

¨ постоянной длиной команд;

¨ небольшим количеством способов адресации и форматов команд;

¨ тем, что для простых команд нет необходимости в использовании микропрограммного управления;

¨ большим числом регистров внутренней памяти процессора.

Компьютеры с RISC-архитектурой «обязаны» иметь преимущество в производительности по сравнению с CISC компьютерами, за которое приходится расплачиваться наличием в программах дополнительных команд обмена регистров процессора с оперативной памятью.

 

 

Компьютеры с суперскалярной обработкой

Аппаратная реализация суперскалярной обработки применяется как в CISC, так и в RISC - процессорах и заключается в чисто аппаратном механизме выборки… VLIW-архитектуры суперскалярной обработки. Второй способ реализации… Архитектуры класса SISD охватывают те уровни программного параллелизма, которые связаны с одиночным потоком данных.…

SIMD-компьютеры

      Рис. 2.3. SIMD- архитектура

Матричная архитектура

Основные их преимущества - высокая производительность и экономичность. Недостатки матричных систем, ограничивающие области их применения,… Они применяются главным образом для реализации алгоритмов, допускающих…  

Векторно-конвейерная архитектура

В отличие от матричной, векторно-конвейерная структура компьютера содержит конвейер операций, на котором обрабатываются параллельно элементы векторов и полученные результаты последовательно записываются в единую память. При этом отпадает необходимость в коммутаторе процессорных элементов, служащем камнем преткновения в матричных компьютерах.

Векторно-конвейерную структуру имеют однопроцессорные супер-ЭВМ серии VP фирмы Fujitsu; серии S компании Hitachi; C90, М90, Т90 фирмы Cray Research; Сгау-3, Сгау-4 фирмы Cray Computer и т.д. Общим для всех векторных суперкомпьютеров является наличие в системе команд векторных операций, допускающих работу с векторами определенной длины, допустим, 64 элемента по 8 байт. В таких компьютерах операции с векторами обычно выполняются над векторными регистрами.

 

 

ММХ технология

Точно также, как однопроцессорные компьютеры, представлены архитектурами с одним потоком данных SISD и множеством потоков данных SIMD, так и…    

MISD компьютеры

    Рис.2.4. MISD-архитектура

MIMD компьютеры

    Рис. 2.5. MIMD-архитектура

Многопроцессорные вычислительные системы

В таких системах, как правило, число параллельных процессов невелико и управляет ими централизованная операционная система. Процессы обмениваются… По топологии межмодульных функциональных и управляющих связей и организации… ¨ с общей шиной;

Многопроцессорные вычислительные системы с общей шиной.

Основные преимущества системы с общей шиной межмодульных связей: ¨ система характеризуется относительно низкой функциональной сложностью и… ¨ в системе легко осуществляется реконфигурация структуры путем добавления или удаления функциональных модулей. …

Многопроцессорные вычислительные системы с многовходовыми модулями ОП.

При построении общего поля ОП МПВС целесообразной оказывается реализация метода расслоения оперативной памяти, при которой ячейки с соседними… Преимущества МПВС с многовходовыми модулямиОП: ¨ скорость передачи информации значительно выше, чем в МПВС с общей шиной;

Многомашинные вычислительные системы (ММВС)

В системах типа МКМД реализуется асинхронный вычислительный процесс, при котором каждый процессор системы выполняет свою программу (или свой участок сложной программы) с собственными данными. В таких системах происходит постоянное распараллеливание вычислений. Две основных причины создания этого типа ВС – дублирование важных блоков вычислений или модулей ВС и повышение производительности систем.

 

 

Многомашинные комплексы

ММВС строится из логически независимых компонентов: процессоров, устройств оперативной памяти, каналов ввода-вывода, ВЗУ, устройств управления ВЗУ,… Связь между машинами (процессорами) ММВС может осуществляться на уровне любого… Очевидно, что система со всеми возможными уровнями связей будет наиболее совершенной, гибкой и надежной в…

ММР архитектура

К достоинствам данной архитектуры относится то, что она использует стандартные микропроцессоры и обладает неограниченным быстродействием (порядка… Однако есть и недостатки — программирование коммутаций процессов является… Многомашинные вычислительные системы создаются и на базе мини- и микро-ЭВМ.

Структура и форматы команд ЭВМ

Программа представляет собой алгоритм обработки информации, записанной в виде последовательности команд, которые должны быть выполнены машиной для… Команда ЭВМ представляет собой код, определяющий операцию вычислительной… По характеру выполняемых операций можно выделить следующие группы команд:

Форматы команд ЭВМ

В общем случае команда состоит из: ¨ операционной части (содержит код операции); ¨ адресной части (содержит адресную информацию о местонахождении обрабатываемых данных и месте хранения…

Способы адресации

Ассоциативный поиск операнда (поиск по содержанию ячейки) предполагает просмотр содержимого всех ячеек памяти для выявления кодов, содержащих… Адресный поиск предполагает, что искомый операнд извлекается из ячейки, номер… Следует различать понятия исполнительного адреса и адресного кода.

Классификация способов адресации по наличию адресной информации в команде

По наличию адресной информации в команде различают явную и неявную адресацию.

При явной адресации операнда в команде есть поле адреса этого операнда, в котором задается адресный код Ак. Большинство методов адресации являются явными.

При неявной адресации адресное поле в команде отсутствует, адрес операнда подразумевается кодом операции.

Метод неявной адресации операндов используется во всех процессорах. Основное его назначение - уменьшение длины команды за счет исключения части адресов. При этом методе код операции точно задает адрес операнда. Например, из команды исключается адрес приемника результата. При этом подразумевается, что результат в этой команде помещается на место второго операнда.

 

 

Классификация способов адресации по кратности обращения в память

Широко используются следующие методы адресации операнда с различной кратностью обращения (R) в память:

1. Непосредственная (R = 0).

2. Прямая (R = 1).

3. Косвенная (R > 2).

Непосредственная адресация операнда. При этом способе операнд располагается в адресном поле команды. Обращение к регистровой памяти (РП) или оперативной памяти (ОП) не производится. Таким образом, уменьшается время выполнения операции, сокращается объем памяти. Непосредственная адресация удобна для задания констант, длина которых меньше или равна длине адресного поля команды.

Прямая адресация операндов. При этом способе (рис. 3.3) адресации обращение за операндом в РП или ОП производится по адресному коду в поле команды, т.е. исполнительный адрес операнда совпадает с адресным кодом команды (А_и = А_к).

 

 

Рис.3.3. Схема прямой адресаций

Обеспечивая простоту программирования, этот метод имеет существенные недостатки, так как для адресации к ячейкам памяти большой емкости (число адресов М велико) требуется «длинное» адресное поле в команде. Прямая адресация используется широко в сочетании с другими способами адресации. В частности, вся адресация к «малой» регистровой памяти ведется только с помощью прямой адресации.

Косвенная адресация операндов.При этом способе адресный код команды указывает адрес ячейки памяти, в которой находится не сам операнд, а лишь адрес операнда, называемый указателем операнда. Адресация к операнду через цепочку указателей (косвенных адресов) называется косвенной.

Адрес указателя, задаваемый программой, остается неизменным, а косвенный адрес может изменяться в процессе выполнения программы. Косвенная адресация, таким образом, обеспечивает переадресацию данных, т.е. упрощает обработку массивов и списковых структур данных, упрощает передачу параметров подпрограммам, но не обеспечивает перемещаемость программ в памяти (рис. 3.4).

 

Адрес указателя

Рис. 3.4. Косвенная адресация

Классификация по способу формирования исполнительных адресов ячеек памяти

Способы формирования адресов ячеек памяти (А_и) можно разделить на абсолютные и относительные.

Абсолютные способы формирования предполагают, что двоичный код адреса ячейки памяти - А_и может быть извлечен целиком либо из адресного поля команды (в случае прямой адресации), или из какой-либо другой ячейки (в случае косвенной адресации), никаких преобразований кода адреса не производится.

Относительные способы формирования А_и предполагают, что двоичный код адреса ячейки памяти образуется из нескольких составляющих: Б - код базы, И - код индекса, С - код смещения, используемых в сочетаниях (Б и С), (И и С), (Б, И и С). При относительной адресации применяются два способа вычисления адреса Аи:

- суммирование кодов составляющих адреса

(А_и = Б + С; А_и - И + С; А_и = Б + И + С);

- совмещение (конкатенация) кодов составляющих адреса

(например А_и = Б/С).

 

 

Относительная адресация

С помощью метода относительной адресации удается получить так называемый перемещаемый программный модуль, который одинаково выполняется процессором… Базирование способом совмещения составляющих.Для увеличения емкости адресной…    

Стековая адресация

Стековая память (стек) является эффективным элементом современных ЭВМ, реализует неявное задание адреса операнда. Хотя адрес обращения в стек отсутствует в команде, он формируется схемой управления автоматически по специальному правилу.

 

Типы данных

Основными типами данных в компьютерах являются байты, слова, двойные слова и квадрослова (учетверенные слова). Каждый из представленных типов данных может начинаться с любого адреса: это означает, что слово не обязано начинаться с четного адреса; двойное слово - с адреса, кратного 4 и т.д. Таким образом достигается максимальная гибкость структур данных и эффективность использования памяти.

 

Данные со знаком

На рис. 4.1. приведены 4 формата данных со знаком с фиксированной точкой. Байт (биты 0÷6 – значение, бит 7 – знак), двойное слово (биты 0÷30 – значение, бит 31 – знак) и так далее.

Рис. 4.1. Данные со знаком

 

Данные без знака

На рис. 4.2. приведены 3 формата данных без знака с фиксированной точкой.

Диапазон представления целых чисел: от -2^-64 до 2⁶⁴.

Рис. 4.2. Данные без знака

 

Данные в формате с плавающей точкой

Формат включает три поля: знака, мантиссы и порядка (рис. 4.3.). Поле мантиссы содержит значащие биты числа, а поле порядка содержит степень 2 и определяет масштабирующий множитель для мантиссы. Поддерживаются блоком FPU.

Диапазон представления:

нормализованных чисел с одинарной точностью: от ±2.9*10^-38 до ±1.7*10³⁸;

нормализованных чисел с двойной точностью: от ±2,23*10^-308 до ±1,79*10³⁰⁸;

нормализованных чисел с расширенной точностью: от ±3,37*10⁴⁹³² до ±1,18*10⁴⁹³².

 

Двоично-десятичные данные

Неупакованное BCD – одна цифра (биты 0÷3 – цифра, остальные - игнорируются). Упакованное BCD – две цифры (по 4 бита на цифру). 80-разрядное упакованное BCD в блоке FPU (биты 0÷71 – цифры, остальное игнорируется) см. рис. 4.4.

 

Данные типа строка

Строка представляет собой непрерывную последовательность бит, байт, слов или двойных слов (рис. 4.5).

Строка бит может быть длиной до 1 Гбита, а длина остальных строк может составлять от 1 байта до 4 Гбайтов. Поддерживается АЛУ.

	Рис. 4.5. Данные типа строка.

 

Символьные данные

Поддерживаются строки символов в коде ASCII и арифметические операции (сложение, умножение) над ними (рис. 4.6). На каждый символ ASCII отводится по восемь бит. Поддержка осуществляется блоком АЛУ.

Рис.4.6. Символьные данные

 

Данные типа указатель

Указатель содержит величину, которая определяет адрес фрагмента данных. Поддерживается два типа указателей, приведенных на рис. 4.7.

Рис. 4.7. Структура описания данных: а) с теговой организацией памяти; б) дескриптор данных

длинный указатель (дальний) – смещение (32 разряда) + селектор (16 разрядов);

короткий указатель (ближний) – смещение (32 разряда).

Дальний указатель применяется в том случае, когда программа передает управление в другой сегмент памяти. Такой указатель с помощь селектора определяет новый сегмент и 32-битное смещение внутри этого сегмента. Ближний указатель – это 32-битное смещение, то есть расстояние в байтах от базы того сегмента, в котором находится нужный операнд.

 

 

Теги и дескрипторы. Самоопределяемые данные

Тег определяет тип данных - целое двоичное число, число с плавающей точкой, десятичное число, адрес, строка символов, дескриптор и т.д. В поле тега… Наличие тегов придает хранящимся в машине данным свойство самоопределяемости,… В обычных ЭВМ, соответствующих классической модели фон Неймана, тип данных - операндов и их формат задаются кодом…

ПРОЦЕССОРЫ. ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР

В области вычислительной техники различают процессоры:

¨ центральные;

¨ специализированные;

¨ ввода/вывода;

¨ передачи данных;

¨ коммуникационные.

Центральный процессор (ЦП) – это основное устройство ЭВМ, осуществляющее обработку данных и выполняющее функции управления системой (инициирование ввода/вывода, управление доступом к основной памяти, обработку сигналов, поступающих от различных внешних устройств и от внутренних устройств ЭВМ и др.).

 

 

Логическая структура ЦП

   

Структурная схема процессора

Структурная схема ЦП изображена на рисунке 5.2.

Все функциональные средства по своей структуре разбиваются на следующие устройства:

¨ Центральное устройство управления;

¨ Арифметико-логическое устройство;

¨ Устройство управления памятью;

¨ Сверхоперативное запоминающее устройство;

¨ Устройство предварительной выборки команд и данных;

¨ Интерфейс магистрали.

Центральное устройство управления (ЦУУ) включает дешифратор команд, блок управления и блок прерываний.

 

 

 

Дешифратор команд дешифрирует (декодирует) команды, которые поступают из блока предварительной выборки.

Блок управления (БУ) формирует последовательности управляющих сигналов, которые поступают на все блоки процессора, обеспечивающие выполнение текущей команды и переход к выполнению следующей.

Блок прерывания обеспечивает реакцию ЭВМ на запросы прерываний от различных источников (устройств) внутри и вне ЦП.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет все арифметические и логические операции ЭВМ. В состав устройства входят:

- сумматоры,

- буферные и рабочие регистры,

- специализированные аппаратные средства (блок ускоренного умножения),

- собственный блок управления (иногда).

Во многих современных процессорах операции с плавающей точкой выполняются в отдельном блоке, который имеет собственные регистры данных, регистры управления и работает параллельно с блоком операций с фиксированной точкой.

Сверхоперативное запоминающее устройство (СОЗУ) – (регистровый файл) содержит регистры общего назначения, в которых хранятся данные и адреса.

Устройство предвыборки команд и данных включает блок предвыборки команд и внутреннюю кэш-память процессора (кэш первого уровня).

Блок предвыборки команд осуществляет формирование очереди команд, причем выборка из памяти осуществляется в промежутках между магистральными циклами команд.

Во внутренней кэш-памяти осуществляется буферизация часто используемых команд и данных. Благодаря этому существенно повышается производительность процессора, сокращается число обращений к ОП.

Устройство управления памятью (диспетчер памяти) предназначено для сопряжения ЦП и подсистемы ввода/вывода с ОП. Оно состоит из блока сегментации и блока страничной адресации, осуществляющих двухступенчатое формирование физического адреса ячейки памяти: сначала в пределах сегмента, а затем в пределах страницы.

Наличие двух этих блоков, их параллельное функционирование обеспечивают максимальную гибкость проектируемой системы.

Сегментация полезна для организации памяти локальных модулей и является инструментом программиста, в то время как страницы позволяют системному программисту эффективно использовать физическую память ЭВМ.

Интерфейс магистрали реализует протоколы обмена (связь по определенным правилам) ЦП с памятью, каналами (контроллерами) ввода/вывода и другими активными устройствами системы ЭВМ. Обмен осуществляется с помощью шин данных, адреса и управления.

В современных суперскалярных процессорах может использоваться от 2 до 6 параллельно работающих исполнительных устройств. Это могут быть:

¨ несколько целочисленных устройств;

¨ устройство плавающей точки (блок FPU);

¨ устройство выполнения переходов;

¨ устройство загрузки/записи.

Устройство выполнения переходов обрабатывает команды условных переходов. Если условия перехода доступны, то решение о направлении перехода принимается немедленно, в противном случае выполнение последующих команд продолжается по предположению (спекулятивно).

Пересылки данных между кэш-памятью данных, с одной стороны, и регистрами общего назначения и регистрами плавающей точки, с другой, обрабатываются устройством загрузки/записи.

 

 

Характеристики процессора

¨ степенью интеграции; ¨ внутренней и внешней разрядностью обработки данных; ¨ тактовой частотой;

Регистровые структуры центрального процессора

1. Основные функциональные регистры (используются при выполнении прикладных программ) : - регистры общего назначения (РОН); - указатель команд;

Основные функциональные регистры

Регистры общего назначения.Восемь 32-разрядных регистров предназначены для хранения данных и адресов. Они поддерживают работу с данными разрядностью…  

Регистры процессора обработки чисел с плавающей точкой

Набор регистров, входящих в блок (FPU), изображен на рис. 5.6.

Рис. 5.6. Регистры блока FPU.

Регистр тегов FPUсодержит 16-разрядное слово, включающее восемь двухбитовых тегов. Каждый тег (признак) характеризует содержимое одного из регистров данных.

Тег определяет, является ли регистр пустым (незаполненным) - код 11 или в него введено конечное число — 00 (достоверное значение), или нуль -01, неопределенное значение (бесконечность) — 10 (нет числа и неподдерживаемый формат). Слово тегов позволяет оптимизировать функционирование FPU посредством идентификации пустых и непустых регистров данных, проверить содержимое регистра без сложного декодирования хранящихся в нем данных.

 

 

Системные регистры

Системные регистры управляют функционированием микропроцессора в целом и режимами работы отдельных внутренних блоков: процессора с плавающей точкой, кэш-памятью, диспетчера памяти.

Эти регистры доступны только в защищенном режиме для программ.

Набор системных регистров включает три регистра управления (CRO, CR2, CR3) и четыре регистра системных адресов и сегментов.

Регистры управления 32-разрядные, служат для фиксации общего состояния процессора. Эти регистры вместе с регистрами системных адресов хранят информацию о состоянии процессора, которое затрагивает все задачи.

 

 

Регистры отладки и тестирования

Микропроцессор i486, например, имеет одиннадцать регистров отладки и тестирования (все они 32-разрядные). Из них 6 программно-доступных регистров (DRO — DR3, DR6, DR7) поддерживают процесс отладки программ. Пять программно-доступных регистров (TR3 — TR7) поддерживают тестирование внутренних блоков: TR3 — TR5 используются для проверки кэш памяти; TR6, TR7 — для тестирования механизма быстрого формирования адресов страниц.

 

 

Назначение и Классификация ЦУУ

Центральное устройство управления — это комплекс средств автоматического управления процессом передачи и обработки информации. ЦУУ вырабатывает управляющие сигналы (УС), необходимые для выполнения всех операций, предусмотренных системой команд, а также координирует работу всех узлов и блоков ЭВМ. В связи с этим можно считать ЦУУ преобразователем первичной командной информации, представленной программой решения задачи, во вторичную командную информацию, представляемую управляющими сигналами.

В общем случае ЦУУ формирует управляющие сигналы для реализации следующих функций:

¨ выборки из памяти кода очередной команды;

¨ расшифровки кода операции и признаков выбранной команды;

¨ выборки операндов и выполнения машинной операции;

¨ обеспечения прерываний при выполнении команд;

¨ формирования адреса следующей команды;

¨ учета состояний других устройств машины;

¨ инициализации работы контроллеров (каналов) ввода-вывода;

¨ организации контроля работоспособности ЭВМ.

К основным характеристикам ЦУУ следует отнести:

- принцип формирования и развертывания временной последовательности управляющих сигналов;

- способ построения цикла работы ЦУУ и ЭВМ в целом;

- общая организация управления ЭВМ;

- способ синхронизации узлов и блоков ЭВМ.

По принципу формирования и развертывания временной последовательностиУС различают ЦУУ:

¨ аппаратного (схемного) типа, выполненным в виде управляющего автомата с жесткой логикой, в котором функции переходов и выходов реализуются набором логических элементов, а требуемое количество состояний автомата задается множеством запоминающих элементов;

¨ микропрограммного типа, в которых блок управления реализован как блок микропрограммного управления.

По способу построения рабочего цикла различают ЦУУ:

¨ с прямым циклом,

На первом этапе производится выборка из памяти команды, а затем следуют этапы выполнения машинной операции.

¨ с обращенным циклом,

В первую очередь выдаются управляющие сигналы для выполнения машинной операции по коду команды, поступившей в ЦУУ на предыдущем цикле (предвыборка команд), а затем из памяти выбирается код команды, которая будет исполняться в следующем цикле.

¨ с совмещением во времени циклов выполнения нескольких команд (конвейером команд).

По способу синхронизацииработы ЭВМ в зависимости от числа тактов в цикле выполнения команды различают ЦУУ:

¨ с постоянным числом тактов;

¨ с переменным числом тактов.

В микропрограмме рабочего цикла выделяют общую и специальную части. К общей части относятся микрокоманды, исполняемые в цикле любой команды: выборка команды, анализ запросов на прерывание, формирование адреса следующей команды, анализ состояния процессора. Эти микрокоманды выполняются за постоянное число тактов.

К специальной части относятся микрокоманды, по которым вырабатываются управляющие сигналы в зависимости от содержания операционной части исполняемой команды. В этом случае количество тактов будет переменным для различных команд. В современных ЭВМ с различной структурой используемых команд, число тактов зависит от формата выбираемой команды, структуры ее адресной части и длины операндов.

По общей организацииуправление может быть:

¨ централизованным

Блок управления ЦУУ вырабатывает все УС микроопераций для всех команд, выполняемых процессором;

¨ смешанным

Применяются в процессорах, операционные и другие устройства которых имеют собственные узлы местного управления. Тогда блок управления ЦУУ, помимо сигналов микроопераций, вырабатывает так же сигналы для блоков местного управления;

По принципу организации цикловразличают ЦУУ:

¨ синхронного типа, в которых время цикла может быть постоянным или переменным;

¨ асинхронного типа, в которых продолжительность цикла определяется фактическими затратами времени на выполнение каждой операции. В этом случае необходимо вырабатывать сигналы об окончании операции;

¨ смешанного типа, где частично реализуются оба предыдущих принципа организации циклов.

 

 

УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ ЦП

ЦУУ с жесткой логикой.

¨ построение таблицы истинности; ¨ построение функций переходов и выходов; ¨ минимизация функций переходов и выходов;

ЦУУ с микропрограммной логикой

Последовательность микрокоманд образует микропрограмму, хранимую в специальной памяти микропрограмм. Каждая микропрограмма состоит из определенной последовательности микрокоманд,… В таких автоматах блок управления операциями (БУО) выполняет функцию блока хранения и выборки кодов микрокоманд. В…

Процедура выполнения команд

¨ выборку команды, вычисление адреса и выборку операндов, ¨ выполнение команды и запись результатов, ¨ обработку прерывания,

ЯЗЫК МИКРООПЕРАЦИЙ

Микрооперация - элементарная функциональная операция, производящая какое-либо элементарное действие над данными и выполняемая в течение одного… Существуют разные уровни рассмотрения функционирования вычислительных… Если требуется рассмотреть работу отдельного логического элемента или устройства на уровне электронных схем, то ее…

Описание слов, регистров и шин

Аналогичным образом описание регистра состоит из названия (идентификатора) и разрядного указателя. Например, описание регистра команды (РгК) и его отдельных частей…  

Описание массива данных и памяти.

Описание массива (памяти), состоящего из слов одинаковой длины, содержит их название-идентификатор и в скобках наименьшие и наибольшие номера слов или нижнюю и верхнюю границы массива (наименьшие и наибольшие номера ячеек памяти), а также порядок нумерации разрядов в словах.

Пример описания модуля памяти:

,

то есть модуль 2 оперативной памяти (массив) содержит r n-разрядных ячеек (слов). Соответственно j-ое слово (n-разрядная ячейка памяти) и i-ый разряд памяти (столбец массива) представляются соответственно:

и .

 

 

Описание микроопераций

, где G – метка микрооперации, ‘:’ – разделитель,

Условные микрооператоры.

В микропрограммах часто должна выполнятся та, или иная микрооперация, соблюдается то или иное условие, или должна выполняться или пропускаться некоторая микрооперация.

 

ЕСЛИ (условие) ТО микрооператор(ы) ИНАЧЕ микрооператор(ы)

В условном микрооператоре вместо микрооператора может стоять метка, отсылающая к микрооператору, определенному в другом месте микропрограммы.

 

ЕСЛИ (условие) ТО переход ИНАЧЕ микрооператор(ы) или наоборот.

Для записи микрооперации можно воспользоваться также условным микрооператором следующего вида:

РгА[k ¸ k+l]:=если (условие) то РгВ[m ¸ m+l]*РгС[n ¸ n+l]

иначе РгD[p ¸ p+l]*РгЕ[q ¸ q+l]

 

 

Описание микрокоманды производится аналогично описания микрооперации и представляет собой метку микрокоманды и разделенную запятыми последовательность микрооператоров, выполняемых в микрокоманде. В общем случае, мы имеем право говорить о микрокоманде, так как микрооперация является частным случаем микрокоманды, содержащей только одну микрооперацию. Особенно же даже самые простые операции преобразования информации занимают несколько тактов и требуют выполнения определенной последовательности микрокоманд. Например, если прием в РгА требует предварительной установки в ‘0’, то прием в РгА из РгКвторого операнда будет производится последовательностью микрокоманд (т.е. микропрограммой).

1-ый такт:

2-ой такт:

В данном случае каждая микрокоманда содержит одну микрооперацию.

Микропрограмма может быть изображена в виде графа, отдельные вершины которого соответствуют микрокомандам или группам микрокоманд.

Безусловные микрокоманды:

РгА:= ША или РгИ:= ЗМ[РгА,0÷n-1]

 

Условные микрокоманды (

Пример графа микропрограммы):

 

АРИФМЕТИКО-ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

Все операции, выполняемые в АЛУ, можно разделить на следующие группы: ¨ операции двоичной арифметики для чисел с фиксированной точкой; ¨ операции двоичной (шестнадцатеричной) арифметики для чисел с плавающей точкой;

Структура алу

- блок регистров для приема и размещения операндов и результатов; - операционный блок, в котором осуществляется преобразование операндов в… - схемы контроля, обеспечивающие непрерывный оперативный контроль и диагностирование ошибок;

Сумматоры

¨ по типу использования для суммирования базовых элементов (комбинационные и накапливающие); ¨ по способу осуществления операции суммирования (последовательные и… Сумматоры последовательного действия выполняются, как правило, на комбинационных элементах; на сегодняшний день…

Классификация АЛУ

По способу представления чисел:

¨ для чисел с фиксированной точкой;

¨ для чисел с плавающей точкой;

¨ для десятичных чисел.

По способу действия над операндами:

¨ последовательные;

В параллельных АЛУ операнды представляются параллельным кодом и операции совершаются параллельно во времени над всеми разрядами операндов.

¨ параллельные.

В последовательных АЛУ операнды представляются в последовательном коде, а операции производятся последовательно во времени над их отдельными разрядами. Такие АЛУ, как правило, используют конвейерный метод обработки, при котором совмещаются во времени фазы выполнения операции для различных разрядов операндов.

По выполняемым функциям АЛУ подразделяются на:

¨ многофункциональные;

В многофункциональных АЛУ все возможные операции для всех форм представления чисел выполняются одними и теми же схемами, которые коммутируются нужным образом в зависимости от требуемого режима работы.

¨ функциональные (блочные).

В блочном АЛУ операции над числами с фиксированной и плавающей точкой, десятичными и алфавитно-цифровыми полями, операции умножения выполняются в отдельных блоках. Такой подход позволяет увеличить скорость работы АЛУ за счет использования быстродействующих блоков, а также за счет организации параллельной работы этих блоков. Однако в этом случае значительно увеличиваются затраты на оборудование.

По структурной организации АЛУ подразделяются на устройства, имеющие:

¨ регистровую структуру с непосредственными связями и закрепленной логикой;

¨ магистральную структуру с сосредоточенной памятью и логикой.

В АЛУ с регистровой структурой за каждым из регистров закреплена своя логическая схема, используемая для выполнения микрооперации (см. рис. 7.3).

 

Пример:

 

С регистром Рг1 непосредственно связан преобразователь кода ПК1. С регистром Рг3 объединен КСМ по схеме накапливания сумматора, а с КСМ, в свою очередь, связаны ПК2 и комбинационная схема КС для мультиплексирования входных данных. На регистре Рг3 выполняются микрооперации сдвига вправо или влево и сброс. Регистр Рг4 выполняет микрооперации сдвига и непосредственно связан с ПК3. Таким образом, в АЛУ с такой структурой функции хранения и преобразования информации выполняются одним и тем же операционным блоком.

 

Рис. 7.3. Регистровая структура с закрепленной логикой

В АЛУ с магистральной структурой регистры выделены в отдельный блок, а схемы для преобразования информации выделены также в отдельный операционный блок (ОБ), который связан с блоками регистров по входам и выходам (см. рис. 7.4). Блок регистров (БР) осуществляет функции приема, хранения и выдачи операндов и результатов, а ОБ выполняет весь набор микроопераций над словами, хранимыми в блоке регистров. В АЛУ с такой структурой блок регистров может быть реализован или как СОЗУ, или как совокупность отдельных регистров с индивидуальными схемами управления. Структура же ОБ имеет следующие модификации:

¨ последовательное соединение операционных узлов;

¨ параллельное соединение операционных узлов.

Пример АЛУ с магистральной структурой с последовательным соединением узлов ОБ.

В этом АЛУ преобразователь кода ПК, комбинационный сумматор КСМ и сдвигатель СДВ соединены последовательно, причем ПК и КСМ по входам связаны с выходными шинами блока регистров, а выход СДВ – с входной шиной блока регистров. Такая организация операционного блока дает возможность выполнять с высокой скоростью последовательности микроопераций, обеспечивающие выполнение одного слова.

 

 

Рис. 7.4. Магистральная структура с последовательным соединением операционных узлов

В случае же параллельного соединения операционных блоков АЛУ все операционные блоки: СМ, СДВ, КС, ПК параллельно соединяются с входными и выходными шинами блока регистров, что позволяет выполнять несколько микроопераций параллельно. Выглядит это так, как показано на рис. 7.5.

 

Рис. 7.5. Магистральная структура с параллельным соединением операционных узлов

 

 

Методы повышения быстродействия АЛУ

Второй хорошо известный метод – конвейерная обработка. Операционный блок разделяется на несколько частей – уровней конвейера. На каждой ступени… Другой способ сокращения длительности выполнения многотактных операций –… Наиболее новый способ увеличения быстродействия всех блоков процессора ЭВМ – введение векторных операций – операций…

ПАМЯТЬ ЭВМ

Основными характеристиками отдельных устройств памяти (запоминающих устройств) являются емкость памяти, быстродействие и стоимость хранения единицы… Быстродействие (задержка) памяти определяется временем доступа и длительностью… Требования к увеличению емкости и быстродействия памяти, а также к снижению ее стоимости являются противоречивыми.Чем…

Организация внутренней памяти процессора.

   

Оперативная память и методы управления ОП

DRAM (Dynamic RAM) - динамическая память - разновидность памяти, единичная ячейка которой представляет собой конденсатор с диодной конструкцией.… SRAM (Static RAM) - статическая память - разновидность памяти, единицей… ОП является наиболее дефицитным и наиболее важным ресурсом в вычислительных машинах и системах.

Методы управления памятью без использования дискового пространства (без использования внешней памяти).

Все методы управления памятью могут быть разделены на два класса (рис. 8.5):

¨ методы распределения ОП без использования внешней памяти (дискового пространства);

¨ методы распределения памяти с использованием дискового пространства.

 

Рис. 8.5. Методы управления памятью

Рассмотрим вначале первую группу методов.

 

Распределение памяти фиксированными разделами.

Это наиболее простой способ распределения памяти. Вся ОП делится на определенное число разделов фиксированной величины. Очередной процесс (или задача) поступившая на выполнение, становится в общую очередь или в очередь к подходящему по размеру разделу памяти (Когда раздел освобождается, очередной процесс (программа) подгружается в ОП).

 

Рис. 8.6. Распределение памяти фиксированными разделами.

В этом случае подсистема управления памятью выполняет задачи:

¨ сравнения размера поступившей на выполнение программы с размерами свободных разделов памяти;

¨ выбора подходящего раздела;

¨ загрузка программы и настройка адресов.

При очевидном преимуществе – простоте реализации – этот способ распределения имеет очевидный минус: жесткость. Во-первых, одна программа занимает весь раздел целиком. Это ведет к тому что, во-первых, неэкономно расходуется память; во-вторых, коэффициент мультипрограммирования ограничен числом разделов. С другой стороны, даже если суммарный объем свободной ОП машины позволяет выполнять некоторую программу, разбиение памяти на разделы не позволяет сделать этого.

Другой способ – распределение памяти разделами переменной величины. При таком способе распределения в начале работы ЭВМ вся ОП свободна. Каждой поступающей на выполнение задаче выделяется необходимый ей объем ОЗУ. Если достаточный объем памяти отсутствует, задача не принимается на выполнение и стоит в очереди. После завершения задачи память освобождается, и на это место может быть загружена другая задача.

Т.о., в произвольный момент времени ОП представляет собой случайную последовательность свободных и занятых областей памяти примерно такого вида.

Рис. 8.7. Распределения памяти динамическими разделами

В начальный момент времени t0 в ОП загружена только ОС. К моменту времени t1 ОП разделена между ОС и 5 программами (задачами), имеется также свободная область. К моменту времени t2 задача П2 уже завершена и покидает ОП, а на ее место может быть подгружена задача На освободившееся место загружается задача П6, поступившая в момент времени t3. Выбором раздела для вновь поступившей задачи занимается ОС. Осуществляется выбор раздела по правилам: «первый попавшийся раздел достаточного размера», «раздел, имеющий наименьший достаточный размер», «раздел, имеющий наибольший достаточный размер».

Помимо выбора раздела для вновь поступившей задачи, ОС также выполняет задачи:

¨ ведение таблиц свободных и занятых областей, в которых указывается начальные адреса и размеры участков памяти;

¨ анализ запроса (при поступлении новой задачи);

¨ просмотр таблицы свободных областей (с целью выбора раздела для размещения вновь поступившей задачи);

¨ загрузка задачи в выделенный ей раздел;

¨ корректирование таблиц свободных и занятых областей (как после загрузки очередной задачи в ОП, так и после завершения задачи).

По сравнению с методом распределения памяти фиксированными разделами данный метод более гибок, но ему присущ серьезный недостаток – фрагментация памяти. Фрагментация – это наличие многих несмежных областей памяти, настолько маленьких по размеру, что ни в одну из них нельзя поместить ни одну из пришедших на выполнение программ, хотя суммарный объем таких фрагментов может составить значительную величину.

 

 

Размещение памяти с перемещаемыми разделами.

Одним из методов борьбы с фрагментацией является перемещение всех занятых участков в сторону старших либо в сторону младших адресов так, чтобы все свободные участки памяти составляли единую область (см. рис.8.8). В дополнение к функциям, которые выполняет ОС при распределении памяти переменными разделами, в данном случае она должна еще время от времени копировать содержимое разделов из одного места памяти в другое, корректируя таблицы свободных и занятых областей.

Такая процедура называется сжатием и выполняется ОС в дополнение к функциям, которые ОС выполняет при распределении ОП переменными разделами.

Рис. 8.8. Распределение памяти перемещаемыми разделами.

Сжатие может выполняться либо при каждом завершении задачи, либо только тогда, когда для вновь поступившей задачи нет свободного раздела достаточного размера. В первом случае требуется меньше вычислительной работы при корректировке таблиц, а во втором - реже выполняется процедура сжатия. Так как программы перемещаются по оперативной памяти в ходе своего выполнения, то преобразование адресов из виртуальной формы в физическую должно выполняться динамическим способом.

Хотя процедура сжатия и приводит к более эффективному использованию памяти, она может потребовать значительного времени, что может свести на нет преимущества данного метода.

 

 

Организация виртуальной памяти.

Виртуальным называют такой ресурс, который для пользователя представляется обладающим теми свойствами, которыми он в действительности не обладает. … Пользователь пишет программы так, как будто в его распоряжении имеется… Т.о., виртуальная память (ВП) – это совокупность программно-

Страничное распределение.

Рис. 8.9. Страничное распределение памяти Виртуальное адресное пространство каждого процесса (пр.1 и пр.2, см. рис. 8.9)… Размер страницы обычно выбирается равным степени двойки, т.к. это позволяет упростить механизм преобразования…

Сегментное распределение.

Рассмотрим, каким образом сегментное распределение памяти реализует эти возможности (рис. 8.11.). Виртуальное адресное пространство процесса делится… При загрузке процесса одни сегменты записываются в ОП, другие остаются на…  

Странично - сегментное распределение.

Рис.8.12. Схема преобразования виртуального адреса в физический Процесс подобного преобразования является достаточно длительным. Чтобы его ускорить и тем самым повысить…

Свопинг

Для того, чтобы задача могла начать выполняться, она должна быть загружена в ОП, объем которой ограничен. На рис. 8.14 показан график зависимости коэффициента загрузки про­цессора в…

Методы повышения пропускной способности ОП.

Для чего нужно повышать пропускную способность ОП? Прежде всего, для того, чтобы за одно обращение к памяти можно было считать большее количество информации и тем самым сократить число обращений к ней. Основными методами увеличения полосы пропускания памяти являют­ся: увеличение разрядности или «ширины» памяти, использование расслое­ния памяти, использование независимых банков памяти, обеспечение режима бесконфликтного обращения к банкам памяти, использование специальных режимов работы динамических микросхем памяти.

Выборка широким словом.

В системах с кэш-памятью 1 уровня ширина шин данных ОП часто соответствует ширине шин данных кэш-памяти, которая во многих случаях имеет физическую… Реализация выборки широким словом вызывает необходимость мультиплексирования… Удвоение или учетверение ширины памяти приводит к удвоению или учетверению этого минимального инкремента. Кроме того,…

Расслоение сообщений.

Т.о., типичный случай распределения адресов – последовательность вида а, а+1, а+2, а+3 и т.д. (для слов данных – увеличение на 1 – условно, на самом… Здесь В – k–разрядный адрес модуля (младшая часть m–разрядного адреса), С –…

Методы организации кэш-памяти

В функциональном отношении кэш-память рассматривается как буферное ЗУ, размещённое между основной (оперативной) памятью и процессором. Основное назначение кэш-памяти - кратковременное хранение и выдача активной информации процессору, что сокращает число обращений к основной памяти, скорость работы которой меньше, чем кэш-памяти.

За единицу информации при обмене между основной памятью и кэш-памятью принята строка, причём под строкой понимается набор слов, выбираемый из оперативной памяти при одном к ней обращении. Хранимая в оперативной памяти информация представляется, таким образом, совокупностью строк с последовательными адресами. В любой момент времени строки в кэш-памяти представляют собой копии строк из некоторого их набора в ОП, однако расположены они необязательно в такой же последовательности, как в ОП.

Построение кэш-памяти может осуществляться по различным принципам, которые будут рассмотрены ниже.

 

 

Типовая структура кэш-памяти

  Рис. 8.18. Типовая структура кэш-памяти

Способы размещения данных в кэш-памяти.

Существует четыре способа размещения данных в кэш-памяти:

¨ прямое распределение,

¨ полностью ассоциативное,

¨ частично ассоциативное,

¨ распределение секторов.

Рассмотрим подробно каждый способ размещения и механизмы преобразования адресов. Предположим, что кэш содержит 128 строк, размер строки 16 слов, а основная память может содержать 16384 строки. Для адресации основной памяти используется 18 бит. Из них 14 старших показывают адрес строки, а младшие 4 – адрес слова внутри этой строки. Строки КЭШ-памяти указываются 7-разрядными адресами.

 

 

Прямое распределение.

Рис. 8.19. Структура кэш-памяти с прямым распределением Адрес основной памяти состоит из 14-ти разрядного адреса строки и 4-х разрядного адреса слова внутри этой строки.…

Полностью ассоциативное распределение.

  Рис. 8.20. Структура кэш-памяти с полностью ассоциативным распределением

Частично ассоциативное распределение.

  Рис. 8.21.Структура кэш-памяти, основанная на использовании частично ассоциативного распределения.

Распределение секторов.

В адресе основной памяти 10 старших бит задают адрес сектора А, следующие 4 бита – адрес строки В в секторе и младшие 4 бита – адрес слова С в… При данной организации кэш-памяти, распределение секторов в кэш-памяти и…

Методы обновления строк в основной памяти

Если процессору требуется информация из некоторой ячейки основной памяти, а копия этой ячейки уже есть в кэш-памяти, то вместо оригинала считывается… Табл. 8.1. Условия сохранения и обновления информации Режим работы Наличие копии ячейки ОП в кэш-памяти …

Системы внешней памяти

Жесткий диск, или винчестер (название пошло от совпадения oбозначения первого жесткого диска с обозначением винтовки XIX века фирмы Winchester)… Жесткий диск - это одна или более жестких пластинок, покрытых материалом,… Каждая машина располагает одним или двумя дисководами для гибких магнитных дисков. Дискеты используются для обмена…

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ ПРЕРЫВАНИЯ ПРОГРАММ

Прерывание программы – это способность ЭВМ при возникновении определенных ситуаций, требующих немедленной реакции ЭВМ, прекратить выполнение текущей… Устройства, требующие вмешательства ЭВМ называются источниками прерываний. Каждое событие, требующее прерывание, сопровождается сигналом, который называется запросом прерывания.

Характеристики системы прерываний

Общее число запросов прерывания (входов в систему прерываний). Время реакции – время между появлением запроса прерывания и моментом… Приведем упрощенную диаграмму процесса (см. рис. 9.1).

Программно-управляемый приоритет прерывающих программ

В ЭВМ широко применяются два способа программно-управляемого приоритета прерывающих программ: ¨ использование порога прерывания; ¨ использование маски прерывания.

Организация перехода к прерывающей программе

Главное место в процедуре перехода к прерывающей программе занимает передача из соответствующего регистра (регистров) процессора в память (стек) на… Наиболее гибким и динамичным является векторное прерывание,при котором… При векторном прерывании каждому запросу прерывания или, другими словами, устройству — источнику прерывания,…

Каналы ввода-вывода

Рис. 10.1. Схема ЭВМ с каналами ввода-вывода. Характерная особенность КВВ заключается в том, что канал работает по хранимой в памяти программе, т. е. так же, как…

Интерфейсы ввода-вывода

Интерфейс – это совокупность линий и шин сигналов, электрических схем, а также алгоритмов (протоколов), осуществляющих обмен информацией между устройствами ЭВМ. Он унифицирует состав и на­значение линий связи, определяет последовательность сигналов при выполнении операций, временные соотношения и переходные процессы в линиях.

Линии, сгруппированные по функциональному признаку или назначению, называют шинами интерфейса. Совокупность всех линий образует магистраль интерфейса.

Надежность и производительность ЭВМ во многом зависят от характеристик интерфейсов.

 

 

Классификация интерфейсов

Объединение отдельных подсистем (устройств, модулей) ЭВМ в единую систему основывается на многоуровневом принципе с унифицированным сопряжением между всеми уровнями — стандартным интерфейсом. Под стандартными интерфейсами понимают такие интерфейсы, которые приняты и рекомендованы в качестве обязательных отраслевыми или государственными стандартами, различными международными комиссиями, а также крупными зарубежными фирмами.

Интерфейсы характеризуются следующими параметрами:

1) пропускной способностью интерфейса — количеством информации, которая может быть передана через интерфейс в единицу времени;

2) максимальной частотой передачи информационных сигналов через интерфейс;

3) информационной шириной интерфейса — числом бит или байт данных, передаваемых параллельно через интерфейс;

4) максимально допустимым расстоянием между соединяемыми устройствами;

5) динамическими параметрами интерфейса — временем передачи отдельного слова или блока данных с учетом продолжительности процедур подготовки и завершения передачи;

6) общим числом проводов (линий) в интерфейсе.

В настоящее время не существует однозначной классификации интерфейсов. Можно выделить следующие четыре классификационных признака интерфейсов:

¨ способ соединения компонентов системы (радиальный, магистральный, смешанный);

¨ способ передачи информации (параллельный, последовательный, параллельно-последовательный);

¨ принцип обмена информацией (асинхронный, синхронный);

¨ режим передачи информации (двусторонняя поочередная передача, односторонняя передача).

На рис. 10.2 представлены радиальный и магистральный интерфейсы, соединяющие центральный модуль (ЦМ) и другие модули (компоненты) системы (М₁, ..., М_п).

Рис. 10.2. Радиальный (а) и магистральный (б) интерфейсы.

Радиальный интерфейс позволяет всем модулям (М₁, . . . , M_n) работать независимо, но имеет максимальное количество шин. Магистральный интерфейс (общая шина) использует принцип разделения времени для связи между ЦМ и другими модулями. Он сравнительно прост в реализации, но лимитирует скорость обмена. Параллельные интерфейсы позволяют передавать одновременно определенное количество бит или байт информации по многопроводной линии. Последовательные интерфейсы служат для последовательной передачи по двухпроводной линии.

В случае синхронного интерфейса моменты выдачи информации передающим устройством и приема ее в другом устройстве должны синхронизироваться, для этого используют специальную линию синхронизации. При асинхронном интерфейсе передача осуществляется по принципу "запрос-ответ". Каждый цикл передачи сопровождается последовательностью управляющих сигналов, которые вырабатываются передающим и приемным устройствами. Передающее устройство может осуществлять передачу данных (байта или нескольких байтов) только после подтверждения приемником своей готовности к приему данных.

Классификация интерфейсов по назначению отражает взаимосвязь с ар­хитектурой реальных средств вычислительной техники. В соответствии с этим признаком в ЭВМ и вычислительных системах можно выделить не­сколько уровней сопряжений:

- машинные системные интерфейсы;

- локальные шины;

- интерфейсы периферийных устройств (малые интерфейсы);

- межмашинные интерфейсы.

Машинные (внутримашинные) системные интерфейсы предназначены для организации связей между составными компонентами ЭВМ на уровне обмена информацией с центральным процессором, ОП и контроллерами (адаптерами) ПУ

Локальной шиной называется шина, электрически выходящая непосредственно на контакты микропроцессора, и предназначенная для увеличения быстродействия видеоадаптеров и контроллеров дисковых накопителей. Она обычно объединяет процессор, память, схемы буферизации для системной шины и ее контроллер, а также некоторые вспомогательные схемы. Типичными примерами локальных шин являются VLB и PCI,

Назначение интерфейсов периферийных устройств (малых интерфейсов) состоит в выполнении функций сопряжения контроллера (адаптера) с конкретным механизмом ПУ.

Межмашинные интерфейсы используются в вычислительных системах и сетях.

С целью снижения стоимости некоторые компьютеры имеют единственную шину (общая шина) для памяти и устройств ввода-вывода. Персональные компьютеры первых поколений, как правило, строились на основе одной системной шины в стандартах ISA, EISA или MCA. Необходимость сохранения баланса производительности по мере роста быстродействия микропроцессоров привела к многоуровневой организации шин на основе использования нескольких системных и локальных шин. В современных компьютерах шины интерфейсов делят на шины, обеспечивающие организацию связи процессора с памятью, и шины ввода-вывода. Шины процессор-память сравнительно короткие, обычно высокоскоростные и соответствуют организации подсистемы памяти для обеспечения максимальной пропускной способности канала память-процессор. Шины ввода-вывода могут иметь большую протяженность, поддерживать подсоединение многих типов устройств и обычно следуют одному из шинных стандартов. Обычно количество и типы устройств ввода-вывода в вычислительных системах не фиксируются, что дает возможность пользователю самому подобрать необходимую конфигурацию. Шина ввода-вывода компьютера рассматривается как шина расширения, обеспечивающая постепенное наращивание устройств ввода-вывода. Поэтому стандарты играют огромную роль, позволяя разработчикам компьютеров и устройств ввода-вывода работать независимо.

 

 

ТИПЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАНДАРТНЫХ ШИН

Табл. 10.1 Характеристики стандартных шин. Тип/назначение Разрядность …  

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

Вычислительные системы (ВС) и сети представляют собой некий комплекс аппаратных (аппаратную платформу) и программных (системное ПО) средств, позволяющих обеспечить выполнение информационных, вычислительных или управленческих процедур в самых разных областях современной жизни.

Цели создания ВС:

¨ достижение сверхвысокой производительности;

¨ увеличение эффективности использования аппаратных средств системы;

¨ повышение надежности и живучести функционирования средств вычислительной техники.

 

 

Общие положения

Элемент системы — объект системы, не подлежащий дальнейшему расчленению на части при данном ее рассмотрении. Предметом изучения является не… Подсистема — часть системы, представляющая собой совокупность некоторых ее… Структура ВС — это организация системы из отдельных элементов с их взаимосвязями, которые определяются распределением…

Классификация ВС

Основными классификационными признаками являются признаки структурной и функциональной организации ВС(см. раздел Архитектуры ЭВМ и систем). Существует достаточно большое количество других признаков, по которым можно классифицировать ПВС.

По назначению ПВС делятся на:

¨ универсальные;

¨ специализированные;

¨ проблемно-ориентированные (см. раздел Классификация ЭВМ).

По типу ЭВМ или процессоров, из которых комплектуются ПВС, различают:

¨ однородные системы, составленные из однотипных машин (процессоров);

¨ неоднородные.

Неоднородные ММВС состоят из ЭВМ различного типа, а в неоднородных МПВС используются различные специализированные процессоры для обработки десятичных чисел, для реализации некоторых функций ОС, для матричных задач, и др.

В однородных системах упрощаются вопросы обеспечения программной совместимости на любом уровне, облегчается решение задачи резервирования для повышения надежности, упрощается техническое обслуживание системы, удешевляется ее реконструкция, модернизация и, в случае необходимости, наращивание производительности, а самое главное - гораздо проще решаются вопросы по управлению работой системы во всех режимах, по организации вычислительного процесса. Однако для однородных систем характерно в ряде случаев неполное использование их производительности, что определяется непостоянством степени загруженности отдельных ЭВМ (процессоров). Часто возникает необходимость иметь в составе ПВМ машины различной производительности, что диктуется требованиями функциональной специализации отдельных подсистем. В этом случае рациональным решением является построение си­стемы на базе унифицированных ЭВМ, составляющих семейство или ряд ЭВМ, т. е. построение неоднородной системы.

По степени территориальной разобщенности вычислительных модулей ПВС делятся на два типа:

¨ сильно-связанные (время передачи информации пренебрежимо мало по сравнению с временем решения этой задачи на одном из модулей системы);

¨ распределенные (отдельные ЭВМ находятся на значительных расстояниях и обмениваются информацией по каналам связи через специальную аппаратуру. Время, затрачиваемое на обмен, в этом случае соизмеримо с временем решения задач в системе и должно учитываться при исследовании процесса функционирования системы в частности при оценке ее производительности.).

По методам управления элементами ПВС делятся на:

¨ централизованные (все функции управления сосредоточены в специально выделенной центральной управляющей машине (или в центральном процессоре);

¨ децентрализованные (каждая ЭВМ (процессор) системы при решении задач действует автономно, а вычислительный процесс организуется за счет передачи между машинами специального набора сигналов.);

¨ со смешанным управлением (вся система разбивается на группы взаимодействующих ЭВМ (процессоров), в каждой из которых осуществляется централизованное управление.).

По степени обобществления модулей памяти или по структуре памяти выделяют системы:

¨ с жестким разделением памяти (у каждой ЭВМ (процессора) имеется собственный модуль памяти, недоступный для других ЭВМ системы);

¨ со свободным разделением памяти (все ЭВМ (процессоры) системы имеют доступ ко всем модулям памяти).

Могут быть и промежуточные решения. Например, обобществляются только внешняя память и часть оперативной памяти при наличии автономной ОП у каждой ЭВМ системы.

Существуют и другие методы классификации ВС на которых мы здесь останавливаться не будем.

 

 

Понятие открытой системы

Открытая система для ИВС - это среда для прикладных программ, базирующаяся на стандартных интерфейсах и обеспечивающей мобильность прикладных… ¨ мобильность прикладных программ, т.е. возможность переноса программ с… ¨ мобильность персонала, т.е. возможность подготовки персонала для работы на ИВС с минимальными временными и…

Кластерные структуры

Кластер представляет собой набор из нескольких ЭВМ, соединенных через некоторую инфраструктуру. В качестве такой инфраструктуры может выступать… Кластеры могут быть образованы как из различных компьютеров (гетерогенные… Кластеры являются примером слабо связанных систем, поскольку модули памяти распределены по всей системе и закреплены…

Библиографический список

2. Головкин Б.А. Параллельные вычислительные системы.-М.:Наука.- 1980. 3. Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы.-М.:Энергия.-1991. … 4. Краковяк С. Основы организации и функционирования ОС ЭВМ.- М.:Мир.-1988.