Это способ построения компьютера на основе набора модулей
• Для CISC-процессоров характерно: сравнительно
небольшое число регистров общего назначения;
большое количество машинных команд, некоторые
из которых нагружены семантически аналогично
операторам высокоуровневых языков
программирования и выполняются за много тактов;
большое количество методов адресации; большое
количество форматов команд различной
разрядности; преобладание двухадресного
формата команд; наличие команд обработки типа
регистр-память.
20. Микропрограммируемость
• – это способ реализации принципа
программного управления. Суть его состоит в
том, что принцип программного управления
распространяется и на реализацию устройства
управления. Другими словами, устройство
управления строится точно так же, как и весь
компьютер, только на микроуровне, т.е. в
составе устройства управления имеется своя
память, называемая управляющей памятью
или памятью микрокоманд, свой "процессор",
свое устройство управления и т. д
20. Микропрограммируемость
• – это способ реализации принципа
программного управления. Суть его состоит в
том, что принцип программного управления
распространяется и на реализацию устройства
управления. Другими словами, устройство
управления строится точно так же, как и весь
компьютер, только на микроуровне, т.е. в
составе устройства управления имеется своя
память, называемая управляющей памятью
или памятью микрокоманд, свой "процессор",
свое устройство управления и т. д
3. RISC - Reduced Instruction Set Computer
• Корни этой архитектуры уходят к
компьютерам CDC6600, которые одни из
первых начали оснащаться упрощенным
набором команд для увеличения
быстродействия. RISC в современном его
понимании сформировалось на базе трех
исследовательских проектов компьютеров:
процессора 801 компании IBM, процессора
RISC университета Беркли и процессора
MIPS Стенфордского университета
11. Кластерные архитектуры
• Термин «кластеризация» можно
определить как реализация объединения
машин, представляющегося единым целым
для операционной системы, системного
программного обеспечения, прикладных
программ и пользователей. Машины,
кластеризованные вместе таким способом
могут при отказе одного процессора очень
быстро перераспределить работу на другие
процессоры внутри кластера.
• VAX-кластер(компания DEC) представляет
собой слабосвязанную многомашинную
систему с общей внешней памятью,
обеспечивающую единый механизм
управления и администрирования. В
настоящее время на смену VAX-кластерам
приходят UNIX-кластеры. При этом VAXкластеры предлагают проверенный набор
решений, который устанавливает критерии
для оценки подобных систем.
• Современные ЭВМ могут иметь различную
архитектуру, но обязательно содержат в
своей структуре рассмотренные элементы и
используют основной принцип
функционирования ЭВМ, дополненный
новыми принципами, к которым можно
отнести принципы модульности,
магистральности и
микропрограммируемости.
24. MISD (multiple instruction, single data)
• - множественный поток команд и одиночный
поток данных. Определение подразумевает
наличие в архитектуре многих процессоров,
обрабатывающих один и тот же поток данных.
Однако ни Флинн, ни другие специалисты в
области архитектуры компьютеров до сих пор
не смогли представить убедительный пример
реально существующей вычислительной
системы, построенной на данном принципе.
33. Многопроцессорные вычислительные системы (МПВС)
• – это система (комплекс), включающий в себя
два или более процессоров, имеющих общую
ОП, общие периферийные устройства и
работающих под управлением единой ОС,
которая, в свою очередь, осуществляет общее
управление техническими и программными
средствами комплекса.
4. Классификация компьютеров по областям применения
• Персональные компьютеры и рабочие
станции
• X-терминалы
• Серверы
• Мейнфреймы
• Кластерные архитектуры
• Х-терминалы. Вычислительные системы
обладающие минимальным набором
средств обработки информации и
ориентированные, главным образом, на
организацию взаимодействия пользователя
с высокопроизводительной
вычислительной системой (сервером),
которая и осуществляет обработку
информации.
• Существует несколько типов серверов,
ориентированных на разные применения:
файл-сервер, сервер базы данных, принтсервер, вычислительный сервер, сервер
приложений. Таким образом, тип сервера
определяется видом ресурса, которым он
владеет (файловая система, база данных,
принтеры, процессоры или прикладные
пакеты программ).
8. Современные серверы высокой мощности характеризуются:
• наличием двух или более центральных процессоров RISC, реже
CISC;
• многоуровневой шинной архитектурой, в которой
запатентованная высокоскоростная системная шина связывает
между собой несколько процессоров и оперативную память, а
также множество стандартных шин ввода/вывода,
размещенных в том же корпусе;
• поддержкой технологии дисковых массивов RAID;
• поддержкой режима симметричной многопроцессорной
обработки, которая позволяет распределять задания по
нескольким центральным процессорам или режима
асимметричной многопроцессорной обработки, которая
допускает выделение процессоров для выполнения конкретных
задач.
23. SIMD (single instruction, multiple data)
• - одиночный поток команд и множественный
поток данных. В архитектурах подобного рода
сохраняется один поток команд, включающий,
в отличие от предыдущего класса, векторные
команды. Это позволяет выполнять одну
арифметическую операцию сразу над
многими данными - элементами вектора. В
таких системах обычно очень много модулей
обработки (от 1024 до 16384), которые и
позволяют за одну инструкцию обрабатывать
несколько данных.
27. Многомашинная вычислительная система (ММВС)
• – система (комплекс), включающая в себя
две или более ЭВМ (каждая из которых
имеет процессор, ОЗУ, набор
периферийных устройств и работает под
управлением собственной ОС), связи между
которыми обеспечивают выполнение
функций, возложенных на ММВС.
• По характеру связей между ЭВМ
• ММВС можно разделить на три типа:
косвенно-, или слабосвязанные;
прямосвязанные;
• Сателлитные.
прямосвязанные
ЭВМ1
ОЗУ
ООЗУ
ОЗУ
П
Канал
прямого
управления
П
КВВ
АКК
КВВ
УУ
ПУ
ПУ
ВЗУ
слабосвязанные
ЭВМ2
• В ММВС существуют три вида связей :
общее ОЗУ (ООЗУ);
• прямое управление, иначе связь процессор
– процессор;
• адаптер канал – канал (АКК).
• Для ММВС с сателлитными связями ЭВМ
характерным является не способ связи, а
принципы взаимодействии ЭВМ
• во-первых, ЭВМ существенно различаются по
своим характеристикам, а во-вторых, имеет
место определенная соподчиненность машин
и различие функций, выполняемых каждой
ЭВМ. Основная ЭВМ (чаще более
высокопроизводительная) предназначена для
основной обработки информации.
Сателлитная (подчиненная меньшей
производительности) осуществляет
организацию обмена информацией основной
ЭВМ с периферийными устройствами, ВЗУ,
удаленными абонентами и т.д. Некоторые
ММВС могут включать не одну, а несколько
сателлитных ЭВМ, при этом каждая из них
ориентируется на выполнение определенных
функций.
34. типы структурной организации МПВС
• В МПВС с общей шиной проблема связей
всех устройств между собой решается
крайне просто: все они соединяются общей
шиной, по которым передаются
информация, адреса и сигналы управления
Достоинством такой структуры является
простота, в том числе изменения комплекса, а
также доступность модулей ОЗУ для всех
остальных устройств.
Недостатками является невысокое
быстродействие (одновременный обмен
информацией возможен между двумя
устройствами, не более), относительно низкая
надежность системы из-за наличия общего
элемента – шины.
Структура компьютера и принципы его функционирования
В 1946 - 1948 годах в Принстонском универс-итете
(США)
коллективом
исследователей
под
руководством Джона фон Неймана был разработан
проект ЭВМ, который никогда не был реализован,
но идеи которого используются по сей день. Этот
проект получил название машины фон Неймана
или
Принстонской
машины.
Структуру
Принстонской машины представляют следующим
образом:
блоки
АЛУ,
Память,
Устройства
Ввода/Вывода,
Устройство
Управления,
соединенные
связями,
управляющими
и
информационными.
В основе функционирования ЭВМ лежат два фундаментальных для вычислительной техники понятия:
алгоритм;
принцип программного управления.
Алгоритм - однозначно определенная последовательность операций из набора формально заданных операций над исходными
объектами, приводящая к решению за конечное число шагов.
Свойства алгоритмов
1) дискретность информации с которой работают алгоритмы;
2) конечность и элементарность набора операций, выполняемых при реализации алгоритма;
3) детерминированность - воспроизводимость результатов выполнения алгоритма;
4) массовость - возможность применения алгоритма для различных исходных данных из допустимого множества.
1
Принцип программного управления (ППУ) впервые был Джоном фон Нейманом, при участии Гольцтайна и Берца в 1946 году.
ППУ включает в себя несколько архитектурно - функциональных принципов.
1) Принцип двоичного кодирования информации. Арифметические и логические операции в двоичной системе счисления
также выполняются достаточно просто.
2) Принцип хранимой программы считается одним из наиболее важных, состоит в том, что программа, как и данные, хранится
в памяти компьютера. Команды представлены в виде числового двоичного кода. Другими словами, данные и программы
различаются по способу использования, но не способами кодирования.
3) Принцип адресности. Ячейки памяти машины идентифицируются номерами, называемых адресами.
В любой момент по адресу ячейки доступно ее содержимое
4) Принцип программного управления. Выполнение вычислений есть последовательное выполнение команд, порядок выбора
команд однозначно определяется программой. Вычисления продолжается до выполнения команды завершения.
5) Принцип иерархии памяти: память ЭВМ неоднородна. Для часто используемых данных выделяется память меньшего
объема, но большего быстродействия; для редко используемых данных выделяется память большего объема, но меньшего
быстродействия.
Принципы фон Неймана актуальны и сегодня. Достоинства:
Простота реализации аппаратной части за счет использования двоичного кодирования.
Высокая универсальность, которая ограничивается лишь набором команд процессора.
Несмотря на огромное разнообразие вычислительной, фундаментальные принципы устройства машин во многом остаются
неизменными. В частности, начиная с самых первых поколений, любая ЭВМ состоит из следующих основных устройств:
процессор,
память (внутренняя и внешняя),
устройства ввода-вывода.
2
Центральный процессор (ЦП)
ЦП — электронный блок либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции. Главными
характеристиками ЦПУ являются:
тактовая частота,
производительность,
архитектура.
Для каждого ЦП существует набор команд, который он обрабатывает. Процессор Pentium не обрабатывает процессора
команды Spark и наоборот, Spark не обрабатывает команды Pentium. Так как доступ к памяти для выборки команд и данных
занимает намного больше времени, чем выполнение команд, все ЦП содержат внутреннюю память – регистры. Выделяют
следующие регистры:
1) регистры общего назначения для хранения аргументов команд и результатов, для передачи данных,
2) сегментные регистры содержат указатели на сегменты данных, кода, стека (указатели на сегменты соответствующие
области памяти).
3) служебные регистры – регистр флагов (признаков, которые формируются при выполнении операций), указатель на
следующую исполняемую инструкцию (счетчик команд) и др.
В целях улучшения производительности от простой модель процессора, которая считывала одну команду за один такт, уже
давно используют модель, которая обрабатывает несколько команд одновременно. Процессор имеет модули, которые
параллельно выполняют следующие задачи:
выборка команды из памяти,
декодирование команды,
исполнение команды.
Такая модель называется конвейерной, а процесс обработки команд – конвейером. Пусть при отсутствии конвейера
выполнение команды займёт n единиц времени (так как для выполнения команды по-прежнему необходимо выполнять
выборку, дешифровку и т. д.), и для исполнения m команд понадобится n m единиц времени. При использовании конвейера (в
самом оптимистичном случае) для выполнения команд понадобится всего лишь n+m единиц времени.
4
В 2000-2002 годах практически единственным параметром, определявшим рыночную цену процессора, была тактовая частота. Покупатели
охотно платили за более производительные процессоры, поэтому усилия разработчиков были направлены на увеличение тактовой частоты по
возможности без удорожания продукта. Резкие изменения наступили в 2003 году. Отметка 2.2 ГГц оказалась как будто заколдованной:
переступить через нее удалось лишь в 2004 году, подняв цену процессора с 80 до 700 (!) долларов. Таким образом, внезапный обвал роста
производительности процессоров в 2003 году не имел “рыночных“ причин, причиной прекращения роста послужило достижение некоего
физического предела.
В течение всего времени, пока продолжалась «гонка мегагерцев», лишь один значимый параметр микропроцессоров оставался практически
постоянным: этим параметром был физический размер ядра процессора. Постоянство этого параметра диктовалось
наличием
противоречивых требований к процессору: при увеличении размера ядра у разработчиков появлялась возможность увеличить число
элементов электрической схемы, что давало выигрыш в функционале и производительности (положительные эффекты), но при этом
увеличивалась стоимость и, кроме того, повышалось потребление энергии, которую было необходимо куда-то отвести во избежание
перегрева процессора и его выхода из строя, а в случае мобильных устройств,это снижало ресурс их работы (нежелательные эффекты).
Как число элементов схемы, так и потребляемая ими энергия с увеличением размера процессора росли приблизительно пропорционально
квадрату его диагонали. В этой ситуации было нельзя (или очень невыгодно) ни сильно увеличивать размер процессора, ни сильно уменьшать
его. Компромиссное значение порядка 1 сантиметра продержалось с момента появления первых персональных компьютеров до наших дней
мало изменилось.
6
При любой тактовой частоте процессора, естественно, необходимо, чтобы за один такт электрический сигнал успел
”пробежать” от центра процессора до его края и обратно. С учетом скорости света (300 000 км/с) минимальное время
прохождения расстояния 1.4 см (диагональ квадрата со стороной 1 см) примерно равно ≈ 0.05 наносекунды, что
соответствует предельно возможной тактовой частоте примерно 20 гигагерц:
1.4 см
0.014 м
14 10−3 сек
Любая вычислительная система включает следующие узлы:
• Арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее арифметические и логические операции.
• Устройство управления (УУ), которое организует процесс выполнения программ.
• Запоминающее устройство (память) для хранения программ и данных. « Внешние устройства для ввода-вывода информации (ВУ).
Рис. 2.1. Логическая организация ЭВМ Одинарные линии называют управляющие связи, двойные - информационные.
В общих чертах работу вычислительной системы можно описать следующим образом; устройство управления инициирует процесс чтения из памяти очередной команды программы, расшифровывает ее и подключает необходимые для ее выполнения цепи и устройства (АЛУ или ВУ), после чего цикл повторяется для выполнения следующей команды. Таким образом, все действия в ЭВМ выполняются под управлением программы, хранящейся в памяти. В связи с этим основным принципом работы ЭВМ является принцип программного управления.
Описанный принцип работы и структура ЭВМ - это классическая организация вычислительной системы, известная под названием неймановской архитектуры. Характерным ее отличием является то, что для хранения программ и данных используется одно и то же пространство памяти, т.е. содержимое ячейки памяти интерпретируется оператором обработки информации, в качестве которого в простейшем случае выступает процессор. Другим типом архитектуры является т.н. гарвардская архитектура, в которой память программ и память данных разделены и имеют собственные адресные пространства и способы доступа к ним.
Подсистема ввода-вывода в простейшем случае представлена набором адресуемых буферных схем и регистров (портов), через которые осуществляется связь с внешними и внутренними аппаратными средствами системы. Подсистема ввода-вывода обычно использует единый механизм адресации портов, размещаемых в специальном пространстве ввода-вывода. В некоторых системах для размещения пространства ввода-вывода выделяется область в пространстве памяти данных - т.н. отраженный на память ввод-вывод. Организация доступа к портам в таких системах ничем не отличается от процесса записи-считывания данных в ячейки памяти. В других системах пространство ввода-вывода размещается в специальном логически изолированном от других пространств данных пространстве - т.н. изолированный ввод-вывод. В этом случае для доступа к портам необходимы специальные команды ввода-вывода.
Современные ЭВМ могут иметь различную архитектуру, но обязательно содержат в своей структуре рассмотренные элементы и используют основной принцип функционирования ЭВМ, дополненный новыми принципами, к которым можно отнести принципы модульности, магистральности и микропрограммируемости.
Модульность - это способ построения компьютера на основе набора модулей. Модулем называется конструктивно и функционально законченный электронный блок в стандартном исполнении. Это означает, что с помощью модуля может быть реализована какая-то функция либо самостоятельно, либо совместно с другими модулями.
Магистральность - это способ соединения между различными модулями компьютера, когда входные и выходные устройства модулей соединяются одними и теми же проводами, совокупность которых называется шиной. Магистраль компьютера состоит из нескольких групп шин, разделяемых по функциональному признаку - шина адреса, шина данных, шина управления.
Микропрограммируемость - это способ реализации принципа программного управления. Суть его состоит в том, что принцип программного управления распространяется и на реализацию устройства управления. Другими словами, устройство управления строится точно так же, как и весь компьютер, только на микроуровне, т.е. в составе устройства управления имеется своя память, называемая управляющей памятью или памятью микрокоманд, свой "процессор", свое устройство управления и т. д.
Под архитектурой компьютера понимается его логическая организация, структура, ресурсы, т. е. средства вычислительной системы. Архитектура современных ПК основана на магистрально-модульном принципе.
Модульный принцип позволяет потребителю самому подобрать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости его модернизацию. Модульная организация системы опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информации. Магистраль или системная шина - это набор электронных линий, связывающих воедино по адресации памяти, передачи данных и служебных сигналов процессор, память и периферийные устройства.
Обмен информацией между отдельными устройствами ЭВМ производится по трем многоразрядным шинам, соединяющим все модули, - шине данных, шине адресов и шине управления.
Подключение отдельных модулей компьютера к магистрали на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров, а на программном обеспечивается драйверами. Контроллер принимает сигнал от процессора и дешифрует его, чтобы соответствующее устройство смогло принять этот сигнал и отреагировать на него. За реакцию устройства процессор не отвечает - это функция контроллера. Поэтому внешние устройства ЭВМ заменяемы, и набор таких модулей произволен.
Разрядность шины данных задается разрядностью процессора, т. е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт.
Данные по шине данных могут передаваться как от процессора к какому-либо устройству, так и в обратную сторону, т. е. шина данных является двунаправленной. К основным режимам работы процессора с использованием шины передачи данных можно отнести следующие: запись/чтение данных из оперативной памяти и из внешних запоминающих устройств, чтение данных с устройств ввода, пересылка данных на устройства вывода.
Выбор абонента по обмену данными производит процессор, который формирует код адреса данного устройства, а для ОЗУ - код адреса ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине, причем сигналы передаются в одном направлении, от процессора к устройствам, т. е. эта шина является однонаправленной.
По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией, и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств, участвующих в обмене информацией.
Внешние устройства к шинам подключаются посредством интерфейса. Под интерфейсом понимают совокупность различных характеристик какого-либо переферийного устройства ПК, определяющих организацию обмена информацией между ним и центральным процессором. В случае несовместимости интерфейсов (например, интерфейс системной шины и интерфейс винчестера) используют контроллеры.
Чтобы устройства, входящие в состав компьютера, могли взаимодействовать с центральным процессором, в IBM-совместимых компьютерах предусмотрена система прерываний (Interrupts). Система прерываний позволяет компьютеру приостановить текущее действие и переключиться на другие в ответ на поступивший запрос, например, на нажатие клавиши на клавиатуре. Ведь с одной стороны, желательно, чтобы компьютер был занят возложенной на него работой, а с другой - необходима его мгновенная реакция на любой требующий внимания запрос. Прерывания обеспечивают немедленную реакцию системы.
Прогресс компьютерных технологий идет семимильными шагами. Каждый год появляются новые процессоры, платы, накопители и прочие периферийные устройства. Рост потенциальных возможностей ПК и появление новых более производительных компонентов неизбежно вызывает желание модернизировать свой компьютер. Однако нельзя в полной мере оценить новые достижения компьютерной технологии без сравнения их с существующими стандартами.
Разработка нового в области ПК всегда базируется на старых стандартах и принципах. Поэтому знание их является основополагающим фактором для (или против) выбора новой системы.
18. Модульность
• – это способ построения компьютера на
основе набора модулей. Модулем
называется конструктивно и
функционально законченный электронный
блок в стандартном исполнении. Это
означает, что с помощью модуля может
быть реализована какая-то функция либо
самостоятельно, либо совместно с другими
модулями.
9. Мейнфреймы
• . Мейнфрейм – это синоним понятия «большая
универсальная ЭВМ». Мейнфреймы и до
сегодняшнего дня остаются наиболее
мощными (не считая суперкомпьютеров)
вычислительными системами общего
назначения, обеспечивающими непрерывный
круглосуточный режим эксплуатации. Они
могут включать один или несколько
процессоров, каждый из которых, в свою
очередь, может оснащаться векторными
сопроцессорами (ускорителями операций с
суперкомпьютерной производительностью).
• В архитектурном плане мейнфреймы
представляют собой многопроцессорные
системы, содержащие один или несколько
центральных и периферийных процессоров с
общей памятью, связанных между собой
высокоскоростными магистралями передачи
данных. При этом основная вычислительная
нагрузка ложится на центральные процессоры,
а периферийные процессоры (в терминологии
IBM - селекторные, блок-мультиплексные,
мультиплексные каналы и процессоры
телеобработки) обеспечивают работу с
широкой номенклатурой периферийных
устройств.
21. Классификация вычислительных систем
• В соответствии с наиболее известной
классификацией архитектур ВС,
предложенной в 1966 году М.Флинном и
базирующейся на понятии потока, под
которым понимается последовательность
элементов, команд или данных,
обрабатываемая процессором, выделают
четыре типа архитектур ВС: SISD, MISD,
SIMD, MIMD:
22. SISD (single instruction, single data)
• - одиночный поток команд и одиночный
поток данных. К этому классу относятся,
прежде всего, классические последовательные
машины, или иначе, машины фоннеймановского типа, например, PDP-11 или
VAX 11/780. В таких машинах есть только один
поток команд, все команды обрабатываются
последовательно друг за другом и каждая
команда инициирует одну операцию с одним
потоком данных.
16. гарвардская архитектура
• память программ и память данных
разделены и имеют собственные адресные
пространства и способы доступа к ним.
• Современные ЭВМ могут иметь различную
архитектуру, но обязательно содержат в
своей структуре рассмотренные элементы и
используют основной принцип
функционирования ЭВМ, дополненный
новыми принципами, к которым можно
отнести принципы модульности,
магистральности и
микропрограммируемости
25. MIMD (multiple instruction, multiple data)
• - множественный поток команд и
множественный поток данных. Этот класс
предполагает, что в вычислительной системе
есть несколько устройств обработки команд,
объединенных в единый комплекс, каждое из
которых работает со своим потоком команд и
данных. Основное отличие этих систем от
многопроцессорных SIMD-машин состоит в
том, что инструкции и данные связаны, потому
что они относятся к одной и той же
исполняемой задаче.
26. Многомашинные и многопроцессорные вычислительные системы
19. Магистральность
• – это способ соединения между
различными модулями компьютера, когда
входные и выходные устройства модулей
соединяются одними и теми же проводами,
совокупность которых называется шиной.
Магистраль компьютера состоит из
нескольких групп шин, разделяемых по
функциональному признаку - шина адреса,
шина данных, шина управления
33. Многопроцессорные вычислительные системы (МПВС)
• – это система (комплекс), включающий в себя
два или более процессоров, имеющих общую
ОП, общие периферийные устройства и
работающих под управлением единой ОС,
которая, в свою очередь, осуществляет общее
управление техническими и программными
средствами комплекса.
26. Многомашинные и многопроцессорные вычислительные системы
4. Классификация компьютеров по областям применения
• Персональные компьютеры и рабочие
станции
• X-терминалы
• Серверы
• Мейнфреймы
• Кластерные архитектуры
• Х-терминалы. Вычислительные системы
обладающие минимальным набором
средств обработки информации и
ориентированные, главным образом, на
организацию взаимодействия пользователя
с высокопроизводительной
вычислительной системой (сервером),
которая и осуществляет обработку
информации.
• Существует несколько типов серверов,
ориентированных на разные применения:
файл-сервер, сервер базы данных, принтсервер, вычислительный сервер, сервер
приложений. Таким образом, тип сервера
определяется видом ресурса, которым он
владеет (файловая система, база данных,
принтеры, процессоры или прикладные
пакеты программ).
16. гарвардская архитектура
• память программ и память данных
разделены и имеют собственные адресные
пространства и способы доступа к ним.
• Современные ЭВМ могут иметь различную
архитектуру, но обязательно содержат в
своей структуре рассмотренные элементы и
используют основной принцип
функционирования ЭВМ, дополненный
новыми принципами, к которым можно
отнести принципы модульности,
магистральности и
микропрограммируемости
15. неймановская архитектура
• В общих чертах работу вычислительной системы
можно описать следующим образом: устройство
управления инициирует процесс чтения из памяти
очередной команды программы, расшифровывает
ее и подключает необходимые для ее выполнения
цепи и устройства (АЛУ или ВУ), после чего цикл
повторяется для выполнения следующей команды.
Таким образом, все действия в ЭВМ выполняются
под управлением программы, хранящейся в
памяти. В связи с этим основным принципом
работы ЭВМ является принцип программного
управления.
14. Любая вычислительная система включает следующие узлы:
• Арифметико-логическое устройство (АЛУ),
выполняющее арифметические и
логические операции.
• Устройство управления (УУ), которое
организует процесс выполнения программ.
• Запоминающее устройство (память) для
хранения программ и данных.
• Внешние устройства для ввода–вывода
информации (ВУ).
11. Кластерные архитектуры
• Термин «кластеризация» можно
определить как реализация объединения
машин, представляющегося единым целым
для операционной системы, системного
программного обеспечения, прикладных
программ и пользователей. Машины,
кластеризованные вместе таким способом
могут при отказе одного процессора очень
быстро перераспределить работу на другие
процессоры внутри кластера.
• VAX-кластер(компания DEC) представляет
собой слабосвязанную многомашинную
систему с общей внешней памятью,
обеспечивающую единый механизм
управления и администрирования. В
настоящее время на смену VAX-кластерам
приходят UNIX-кластеры. При этом VAXкластеры предлагают проверенный набор
решений, который устанавливает критерии
для оценки подобных систем.
• Современные ЭВМ могут иметь различную
архитектуру, но обязательно содержат в
своей структуре рассмотренные элементы и
используют основной принцип
функционирования ЭВМ, дополненный
новыми принципами, к которым можно
отнести принципы модульности,
магистральности и
микропрограммируемости.
15. неймановская архитектура
• В общих чертах работу вычислительной системы
можно описать следующим образом: устройство
управления инициирует процесс чтения из памяти
очередной команды программы, расшифровывает
ее и подключает необходимые для ее выполнения
цепи и устройства (АЛУ или ВУ), после чего цикл
повторяется для выполнения следующей команды.
Таким образом, все действия в ЭВМ выполняются
под управлением программы, хранящейся в
памяти. В связи с этим основным принципом
работы ЭВМ является принцип программного
управления.
25. MIMD (multiple instruction, multiple data)
• - множественный поток команд и
множественный поток данных. Этот класс
предполагает, что в вычислительной системе
есть несколько устройств обработки команд,
объединенных в единый комплекс, каждое из
которых работает со своим потоком команд и
данных. Основное отличие этих систем от
многопроцессорных SIMD-машин состоит в
том, что инструкции и данные связаны, потому
что они относятся к одной и той же
исполняемой задаче.
3. RISC - Reduced Instruction Set Computer
• Корни этой архитектуры уходят к
компьютерам CDC6600, которые одни из
первых начали оснащаться упрощенным
набором команд для увеличения
быстродействия. RISC в современном его
понимании сформировалось на базе трех
исследовательских проектов компьютеров:
процессора 801 компании IBM, процессора
RISC университета Беркли и процессора
MIPS Стенфордского университета
18. Модульность
• – это способ построения компьютера на
основе набора модулей. Модулем
называется конструктивно и
функционально законченный электронный
блок в стандартном исполнении. Это
означает, что с помощью модуля может
быть реализована какая-то функция либо
самостоятельно, либо совместно с другими
модулями.
21. Классификация вычислительных систем
• В соответствии с наиболее известной
классификацией архитектур ВС,
предложенной в 1966 году М.Флинном и
базирующейся на понятии потока, под
которым понимается последовательность
элементов, команд или данных,
обрабатываемая процессором, выделают
четыре типа архитектур ВС: SISD, MISD,
SIMD, MIMD:
14. Любая вычислительная система включает следующие узлы:
• Арифметико-логическое устройство (АЛУ),
выполняющее арифметические и
логические операции.
• Устройство управления (УУ), которое
организует процесс выполнения программ.
• Запоминающее устройство (память) для
хранения программ и данных.
• Внешние устройства для ввода–вывода
информации (ВУ).
9. Мейнфреймы
• . Мейнфрейм – это синоним понятия «большая
универсальная ЭВМ». Мейнфреймы и до
сегодняшнего дня остаются наиболее
мощными (не считая суперкомпьютеров)
вычислительными системами общего
назначения, обеспечивающими непрерывный
круглосуточный режим эксплуатации. Они
могут включать один или несколько
процессоров, каждый из которых, в свою
очередь, может оснащаться векторными
сопроцессорами (ускорителями операций с
суперкомпьютерной производительностью).
• В архитектурном плане мейнфреймы
представляют собой многопроцессорные
системы, содержащие один или несколько
центральных и периферийных процессоров с
общей памятью, связанных между собой
высокоскоростными магистралями передачи
данных. При этом основная вычислительная
нагрузка ложится на центральные процессоры,
а периферийные процессоры (в терминологии
IBM - селекторные, блок-мультиплексные,
мультиплексные каналы и процессоры
телеобработки) обеспечивают работу с
широкой номенклатурой периферийных
устройств.
19. Магистральность
• – это способ соединения между
различными модулями компьютера, когда
входные и выходные устройства модулей
соединяются одними и теми же проводами,
совокупность которых называется шиной.
Магистраль компьютера состоит из
нескольких групп шин, разделяемых по
функциональному признаку - шина адреса,
шина данных, шина управления
8. Современные серверы высокой мощности характеризуются:
• наличием двух или более центральных процессоров RISC, реже
CISC;
• многоуровневой шинной архитектурой, в которой
запатентованная высокоскоростная системная шина связывает
между собой несколько процессоров и оперативную память, а
также множество стандартных шин ввода/вывода,
размещенных в том же корпусе;
• поддержкой технологии дисковых массивов RAID;
• поддержкой режима симметричной многопроцессорной
обработки, которая позволяет распределять задания по
нескольким центральным процессорам или режима
асимметричной многопроцессорной обработки, которая
допускает выделение процессоров для выполнения конкретных
задач.
23. SIMD (single instruction, multiple data)
• - одиночный поток команд и множественный
поток данных. В архитектурах подобного рода
сохраняется один поток команд, включающий,
в отличие от предыдущего класса, векторные
команды. Это позволяет выполнять одну
арифметическую операцию сразу над
многими данными - элементами вектора. В
таких системах обычно очень много модулей
обработки (от 1024 до 16384), которые и
позволяют за одну инструкцию обрабатывать
несколько данных.
34. типы структурной организации МПВС
• В МПВС с общей шиной проблема связей
всех устройств между собой решается
крайне просто: все они соединяются общей
шиной, по которым передаются
информация, адреса и сигналы управления
Достоинством такой структуры является
простота, в том числе изменения комплекса, а
также доступность модулей ОЗУ для всех
остальных устройств.
Недостатками является невысокое
быстродействие (одновременный обмен
информацией возможен между двумя
устройствами, не более), относительно низкая
надежность системы из-за наличия общего
элемента – шины.
• Для CISC-процессоров характерно: сравнительно
небольшое число регистров общего назначения;
большое количество машинных команд, некоторые
из которых нагружены семантически аналогично
операторам высокоуровневых языков
программирования и выполняются за много тактов;
большое количество методов адресации; большое
количество форматов команд различной
разрядности; преобладание двухадресного
формата команд; наличие команд обработки типа
регистр-память.
22. SISD (single instruction, single data)
• - одиночный поток команд и одиночный
поток данных. К этому классу относятся,
прежде всего, классические последовательные
машины, или иначе, машины фоннеймановского типа, например, PDP-11 или
VAX 11/780. В таких машинах есть только один
поток команд, все команды обрабатываются
последовательно друг за другом и каждая
команда инициирует одну операцию с одним
потоком данных.
24. MISD (multiple instruction, single data)
• - множественный поток команд и одиночный
поток данных. Определение подразумевает
наличие в архитектуре многих процессоров,
обрабатывающих один и тот же поток данных.
Однако ни Флинн, ни другие специалисты в
области архитектуры компьютеров до сих пор
не смогли представить убедительный пример
реально существующей вычислительной
системы, построенной на данном принципе.
27. Многомашинная вычислительная система (ММВС)
• – система (комплекс), включающая в себя
две или более ЭВМ (каждая из которых
имеет процессор, ОЗУ, набор
периферийных устройств и работает под
управлением собственной ОС), связи между
которыми обеспечивают выполнение
функций, возложенных на ММВС.
• По характеру связей между ЭВМ
• ММВС можно разделить на три типа:
косвенно-, или слабосвязанные;
прямосвязанные;
• Сателлитные.
прямосвязанные
ЭВМ1
ОЗУ
ООЗУ
ОЗУ
П
Канал
прямого
управления
П
КВВ
АКК
КВВ
УУ
ПУ
ПУ
ВЗУ
слабосвязанные
ЭВМ2
• В ММВС существуют три вида связей :
общее ОЗУ (ООЗУ);
• прямое управление, иначе связь процессор
– процессор;
• адаптер канал – канал (АКК).
• Для ММВС с сателлитными связями ЭВМ
характерным является не способ связи, а
принципы взаимодействии ЭВМ
• во-первых, ЭВМ существенно различаются по
своим характеристикам, а во-вторых, имеет
место определенная соподчиненность машин
и различие функций, выполняемых каждой
ЭВМ. Основная ЭВМ (чаще более
высокопроизводительная) предназначена для
основной обработки информации.
Сателлитная (подчиненная меньшей
производительности) осуществляет
организацию обмена информацией основной
ЭВМ с периферийными устройствами, ВЗУ,
удаленными абонентами и т.д. Некоторые
ММВС могут включать не одну, а несколько
сателлитных ЭВМ, при этом каждая из них
ориентируется на выполнение определенных
функций.
Читайте также: