Реферат: Основные принципы организации ПЭВМ
Внешняя память (ВЗУ)
предназначена для размещения больших объемов информации и обмена ею с
оперативной памятью. Для построения внешней памяти используют энергонезависимые
носители информации (диски и ленты), которые к тому же являются переносимыми.
Емкость этой памяти практически не имеет ограничений, а для обращения к ней
требуется больше времени, чем к внутренней.
Внешние запоминающие
устройства конструктивно отделены от центральных устройств ЭВМ (процессором
внутренней памяти), имеют собственное управление и выполняют запросы процессора
без его непосредственного вмешательства. В качестве ВЗУ используют накопители
на магнитных и оптических дисках, а также накопители на магнитных лентах.
ВЗУ по принципам
функционирования разделяются на устройства прямого доступа (накопители на
магнитных и оптических дисках) и устройства последовательного доступа
(накопители на магнитных лентах). Устройства прямого доступа обладают большим
быстродействием, поэтому они являются основными внешними запоминающими
устройствами, постоянно используемыми в процессе функционирования ЭВМ.
Устройства последовательного доступа используются в основном для резервирования
информации.
Устройства ввода-вывода
служат соответственно для ввода информации в ЭВМ и вывода из нее, а также для
обеспечения общения пользователя с машиной. Процессы ввода-вывода протекают с
использованием внутренней памяти ЭВМ. Иногда устройства ввода-вывода называют
периферийными или внешними устройствами ЭВМ. К ним относятся, в частности,
дисплеи (мониторы), клавиатура, манипуляторы типа «мышь», алфавитно-цифровые
печатающие устройства (принтеры), графопостроители, сканеры и др. Для
управления внешними устройствами (в том числе и ВЗУ) и согласования их с
системным интерфейсом служат групповые устройства управления внешними устройствами,
адаптеры или контроллеры.
Системный интерфейс
- это конструктивная часть ЭВМ, предназначенная для взаимодействия ее
устройств и обмена информацией между ними.
В больших, средних и
супер-ЭВМ в качестве системного интерфейса используются сложные устройства,
имеющие встроенные процессоры ввода-вывода, именуемые каналами. Такие
устройства обеспечивают высокую скорость обмена данными между компонентами ЭВМ.
Отличительной
особенностью малых ЭВМ является использование в качестве системного интерфейса
системных шин. Различают ЭВМ с многошинной структурой и с общей шиной. В
первых, для обмена информацией между устройствами используются отдельные группы
шин, во втором случае все устройства ЭВМ объединяются с помощью одной группы
шин, в которую входят подмножества шин для передачи данных, адреса и управляющих
сигналов. При такой организации системы шин обмен информацией между
процессором, памятью и периферийными устройствами выполняется по единому
правилу, что упрощает взаимодействие устройств машины.
Пульт управления служит
для выполнения оператором ЭВМ или системным программистом системных операций в
ходе управления вычислительным процессом. Кроме того, при техническом
обслуживании ЭВМ за пультом управления работает инженерно-технический персонал.
Пульт управления конструктивно часто выполняется вместе с центральным процессором.
4. Основные характеристики вычислительной техники
К основным характеристикам
вычислительной техники относятся ее эксплуатационно-технические характеристики,
такие, как быстродействие, емкость памяти, точность вычислений и др.
Быстродействие ЭВМ
рассматривается в двух аспектах. С одной стороны, оно характеризуется
количеством элементарных операций, выполняемых центральным процессором в
секунду. Под элементарной операцией понимается любая простейшая операция типа
сложения, пересылки, сравнения и т. д. С другой стороны, быстродействие ЭВМ
существенно зависит от организации ее памяти. Время, затрачиваемое на поиск
необходимой информации в памяти, заметно сказывается на быстродействии ЭВМ.
В зависимости от области
применения выпускаются ЭВМ с быстродействием от нескольких сотен тысяч до
миллиардов операций в секунду. Для решения сложных задач возможно объединение
нескольких ЭВМ в единый вычислительный комплекс с требуемым суммарным
быстродействием.
Наряду с быстродействием
часто пользуются понятием производительность. Если первое обусловлено, главным
образом, используемой в ЭВМ системой элементов, то второе связано с ее
архитектурой и разновидностями решаемых задач. Даже для одной ЭВМ такая характеристика,
как быстродействие, не является величиной постоянной. В связи с этим различают:
пиковое быстродействие, определяемое тактовой частотой процессора без учета обращения
к оперативной памяти; номинальное быстродействие, определяемое с учетом времени
обращения к оперативной памяти; системное быстродействие, определяемое с учетом
системных издержек на организацию вычислительного процесса; эксплуатационное,
определяемое с учетом характера решаемых задач (состава операций или их
«смеси»).
Емкость, или объем памяти определяется максимальным количеством
информации, которое можно разместить в памяти ЭВМ. Обычно емкость памяти
измеряется в байтах. Как уже отмечалось, память ЭВМ подразделяется на
внутреннюю и внешнюю. Внутренняя, или оперативная память, по своему объему у
различных классов машин различна и определяется системой адресации ЭВМ. Емкость
внешней памяти из-за блочной структуры и съемных конструкций накопителей
практически неограниченна.
Точность вычислений зависит от количества разрядов,
используемых для представления одного числа. Современные ЭВМ комплектуются 32-
или 64-разрядными микропроцессорами, что вполне достаточно для обеспечения
высокой точности расчетов в самых разнообразных приложениях. Однако, если этого
мало, можно использовать удвоенную или утроенную разрядную сетку
Система команд — это перечень команд, которые
способен выполнить процессор ЭВМ. Система команд устанавливает, какие конкретно
операции может выполнять процессор, сколько операндов требуется указать в
команде, какой вид (формат) должна иметь команда для ее распознания. Количество
основных разновидностей команд невелико. С их помощью ЭВМ способны выполнять
операции сложения, вычитания, умножения, деления, сравнения, записи в память,
передачи числа из регистра в регистр, преобразования из одной системы счисления
в другую и т. д. При необходимости выполняется модификация команд, учитывающая
специфику вычислений. Обычно в ЭВМ используется от десятков до сотен команд (с
учетом их модификации). На современном этапе развития вычислительной техники
используются два основных подхода при формировании системы команд процессора. С
одной стороны, это традиционный подход, связанный с разработкой процессоров с
полным набором команд, — архитектура CISC (Complete Instruction Set Computer — компьютер с полным набором команд).
С другой стороны, это реализация в ЭВМ сокращенного набора простейших, но часто
употребляемых команд, что позволяет упростить аппаратные средства процессора и
повысить его быстродействие — архитектура RISC (Reduced Instruction Set Computer — компьютер с сокращенным набором
команд).
Стоимость ЭВМ зависит от
множества факторов, в частности от быстродействия, емкости памяти, системы
команд и т.д. Большое влияние на стоимость оказывает конкретная комплектация
ЭВМ и, в первую очередь, внешние устройства, входящие в состав машины. Наконец,
стоимость программного обеспечения ощутимо влияет на стоимость ЭВМ.
Надежность ЭВМ —
это способность машины сохранять свои свойства при заданных условиях
эксплуатации в течение определенного промежутка времени. Количественной оценкой
надежности ЭВМ, содержащей элементы, отказ которых приводит к отказу всей
машины, могут служить следующие показатели:
- вероятность безотказной
работы за определенное время при данных условиях эксплуатации;
- наработка ЭВМ на отказ;
- среднее время
восстановления машины и др.
Для более сложных
структур типа вычислительного комплекса или системы понятие «отказ» не имеет
смысла. В таких системах отказы отдельных элементов приводят к некоторому
снижению эффективности функционирования, а не к полной потере работоспособности
в целом.
Большое
значение имеют и другие характеристики вычислительной техники, например:
универсальность, программная совместимость, вес, габариты, энергопотребление и
др. Они принимаются во внимание при оценивании конкретных сфер применения ЭВМ.
5. Перспективы
развития вычислительных средств
Появление новых поколений
ЭВМ обусловлено расширением сферы их применения, требующей более
производительной, дешевой и надежной вычислительной техники. В настоящее время
стремление к реализации новых потребительских свойств ЭВМ стимулирует работы по
созданию машин пятого и последующего поколений. Вычислительные средства пятого
поколения, кроме более высокой производительности и надежности при более низкой
стоимости (что обеспечено новейшими электронными технологиями) должны
удовлетворять качественно новым функциональным требованиям:
- работать с базами
знаний в различных предметных областях и организовывать на их основе системы
искусственного интеллекта;
- обеспечивать простоту
применения ЭВМ путем реализации эффективных систем ввода-вывода информации
голосом, диалоговой обработки информации с использованием естественных языков,
устройств распознавания речи и изображения;
- упрощать процесс
создания программных средств путем автоматизации синтеза программ.
В настоящее время ведутся
интенсивные работы как по созданию ЭВМ пятого поколения традиционной
(неймановской) архитектуры, так и по созданию и апробации перспективных
архитектур и схемотехнических решений. На формальном и прикладном уровнях
исследуются архитектуры на основе параллельных абстрактных вычислителей
(матричные и клеточные процессоры, систолические структуры, однородные
вычислительные структуры, нейронные сети и др.). Развитие вычислительной
техники с высоким параллелизмом во многом определяется элементной базой,
степенью развития параллельного программного обеспечения и методологией
распараллеливания алгоритмов решаемых задач.
Страницы: 1, 2, 3 |