3 Основные виды архитектур эвм, микро-эвм и пк. Эвм и мультимедиа. 4 Состав устройств, структура и порядок функционирования Эвм и вычислительной системы. Объединение ЭВМ в сеть»

Главная страница
Контакты

    Главная страница


3 Основные виды архитектур эвм, микро-эвм и пк. Эвм и мультимедиа. 4 Состав устройств, структура и порядок функционирования Эвм и вычислительной системы. Объединение ЭВМ в сеть»



страница1/2
Дата06.01.2017
Размер0,51 Mb.


  1   2
Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Тольяттинский государственный университет

Институт энергетики и электротехники

Кафедра «Автоматизация технологических процессов и производств»



Реферат


По дисциплине: «Сети ЭВМ и средства коммуникаций»

На тему: «1.3 Основные виды архитектур ЭВМ, микро-ЭВМ и ПК. ЭВМ и мультимедиа. 1.4 Состав устройств, структура и порядок функционирования ЭВМ и вычислительной системы. Объединение ЭВМ в сеть»




Студент группы УК-201

Вяцков А.А.

Преподаватель Сенько В.В.


Тольятти 2012

Содержание

1 Основные виды архитектур ЭВМ


Архитектура вычислительной машины (Архитектура ЭВМ, англ. Computer architecture) — концептуальная структура вычислительной машины, определяющая проведение обработки информации и включающая методы преобразования информации в данные и принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечениях[1].

1. 1 Классическая архитектура ЭВМ и принципы фон Неймана

Основы учения об архитектуре вычислительных машин заложил выдающийся американский математик Джон фон Нейман. Он подключился к созданию первой в мире ламповой ЭВМ ENIAC в 1944 г., когда ее конструкция была уже выбрана. В процессе работы во время многочисленных дискуссий со своими коллегами Г. Голдстайном и А. Берксом фон Нейман высказал идею принципиально новой ЭВМ. В 1946 г. ученые изложили свои принципы построения вычислительных машин в ставшей классической статье “Предварительное рассмотрение логической конструкции электронно-вычислительного устройства”. С тех пор прошло полвека, но выдвинутые в ней положения сохраняют актуальность и сегодня.

В статье убедительно обосновывается использование двоичной системы для представления чисел (нелишне напомнить, что ранее все вычислительные машины хранили обрабатываемые числа в десятичном виде). Авторы убедительно продемонстрировали преимущества двоичной системы для технической реализации, удобство и простоту выполнения в ней арифметических и логических операций. В дальнейшем ЭВМ стали обрабатывать и нечисловые виды информации – текстовую, графическую, звуковую и другие, но двоичное кодирование данных по-прежнему составляет информационную основу любого современного компьютера.

Еще одной поистине революционной идеей, значение которой трудно переоценить, является предложенный Нейманом принцип “хранимой программы”. Первоначально программа задавалась путем установки перемычек на специальной коммутационной панели. Это было весьма трудоемким занятием: например, для изменения программы машины ENIAC требовалось несколько дней (в то время как собственно расчет не мог продолжаться более нескольких минут – выходили из строя лампы). Нейман первым догадался, что программа может также храниться в виде набора нулей и единиц, причем в той же самой памяти, что и обрабатываемые ею числа. Отсутствие принципиальной разницы между программой и данными дало возможность ЭВМ самой формировать для себя программу в соответствии с результатами вычислений.

Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру, которая воспроизводилась в течение первых двух поколений ЭВМ. Основными блоками по Нейману являются устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ) (обычно объединяемые в центральный процессор), память, внешняя память, устройства ввода и вывода. Схема устройства такой ЭВМ представлена на рис. 1. Следует отметить, что внешняя память отличается от устройств ввода и вывода тем, что данные в нее заносятся в виде, удобном компьютеру, но недоступном для непосредственного восприятия человеком. Так, накопитель на магнитных дисках относится к внешней памяти, а клавиатура – устройство ввода, дисплей и печать – устройства вывода.

Устройство управления и арифметико-логическое устройство в современных компьютерах объединены в один блок – процессор, являющийся преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств (сюда относятся выборка команд из памяти, кодирование и декодирование, выполнение различных, в том числе и арифметических, операций, согласование работы узлов компьютера). Более детально функции процессора будут обсуждаться ниже.

Память (ЗУ) хранит информацию (данные) и программы. Запоминающее устройство у современных компьютеров “многоярусно” и включает оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), хранящее ту информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время (исполняемая программа, часть необходимых для нее данных, некоторые управляющие программы), и внешние запоминающие устройства (ВЗУ) гораздо большей емкости, чем ОЗУ. но с существенно более медленным доступом (и значительно меньшей стоимостью в расчете на 1 байт хранимой информации). На ОЗУ и ВЗУ классификация устройств памяти не заканчивается – определенные функции выполняют и СОЗУ (сверхоперативное запоминающее устройство), и ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), и другие подвиды компьютерной памяти.

В построенной по описанной схеме ЭВМ происходит последовательное считывание команд из памяти и их выполнение. Номер (адрес) очередной ячейки памяти. из которой будет извлечена следующая команда программы, указывается специальным устройством – счетчиком команд в УУ. Его наличие также является одним из характерных признаков рассматриваемой архитектуры.

Разработанные фон Нейманом основы архитектуры вычислительных устройств оказались настолько фундаментальными, что получили в литературе название “фон-неймановской архитектуры”. Подавляющее большинство вычислительных машин на сегодняшний день – фон-неймановские машины. Исключение составляют лишь отдельные разновидности систем для параллельных вычислений, в которых отсутствует счетчик команд, не реализована классическая концепция переменной и имеются другие существенные принципиальные отличия от классической модели (примерами могут служить потоковая и редукционная вычислительные машины).

По-видимому, значительное отклонение от фон-неймановской архитектуры произойдет в результате развития идеи машин пятого поколения, в основе обработки информации в которых лежат не вычисления, а логические выводы[2].

1.2 Открытая архитектура ЭВМ

В конце 70-х годов 20 века получили распространение персональные компьютеры, что послужило причиной снижения спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ. Мировым лидером в выпуске ЭВМ была фирма IBM (International Business Machines Corporation). Падение спроса на ЭВМ подтолкнуло руководство IBM пойти на эксперимент – разработку и создание персонального компьютера.

Однако отношение руководства фирмы к новому проекту было несерьезным – что-то типа одного из мероприятий по созданию нового оборудования, которые в огромном количестве проводились на фирме. Чтобы не вкладывать в проект с «туманной» перспективой много средств, руководство фирмы предоставило подразделению по реализации данного проекта непривычную для фирмы свободу.

Свобода, например, состояла в том, чтобы не заниматься разработкой персонального компьютера (ПК) «с нуля», а воспользоваться готовыми блоками других (!) фирм. Сотрудники подразделения стали выбирать лучшие предложения, имеющиеся на тот момент.

Поэтому в качестве основного микропроцессора компьютера был выбран новенький тогда микропроцессор Intel-8088 (известнейшей на сегодняшний день фирмы Intel). На тот момент это был лучший микропроцессор. Он позволял работать с 1 мегабайтом памяти, тогда как другие компьютеры работали только с 64 килобайтами памяти. Другие комплектующие тоже были выбраны в различных фирмах по принципу «все самое лучшее». Что касается программного обеспечения (софта), то его было предложено создать небольшой фирме Microsoft.

В августе 1981 года компьютер, собранный из комплектующих различных фирм, был выпущен под названием IBM PC и вскоре после этого он приобрел большую популярность. А через год-два компьютер IBM PC занял ведущее место на рынке и стал стандартом персонального компьютера. Кстати, выражение «совместимый с IBM PC» означает, что компьютер выпущен другой фирмой (не IBM), но по стандарту  IBM PC.

Этот исторический экскурс является необходимым элементом компьютерной грамотности по истории возникновения персонального компьютера и, в частности, о причине его грандиозного успеха, т.е. о принципе открытой архитектуры. Действительно, если бы компьютер IBM PC был сделан так же, как аналогичные компьютеры того времени, его благополучно все давно уже забыли бы. Ведь давно уже забыты телевизоры, приемники, автомобили того времени.

В IBM PC изначально была заложена возможность апгрейда (замена отдельных частей на более совершенные) и использование новых устройств. Сборка компьютера из независимо изготовленных частей происходит аналогично детскому конструктору. Кстати, методы сопряжения различных устройств с компьютером IBM PC были также доступны всем желающим и не являлись секретными сведениями.

Вот этот принцип детского конструктора, собственно говоря, и является принципом открытой архитектуры. Благодаря ему компьютер IBM PC приобрел бешеный успех, но лишил фирму монополии на этот компьютер.

Давайте посмотрим  на этот «конструктор» с точки зрения компьютерной грамотности. На системной (или материнской) плате размещены только те блоки, которые осуществляют обработку информации. Схемы, которые управляют остальными устройствами компьютера - монитором, принтером и т.д., реализованы на отдельных платах (контроллерах). Контроллеры вставляются в стандартные разъемы на системной плате – слоты. К электронным схемам подводится электропитание из единого блока питания. Все это вместе заключено в единый корпус - системный блок.

Открытость этого конструктора заключается в том, что все спецификации взаимодействия внешних устройств с контроллерами, а также контроллеров с системной платой и т.д., доступны всем желающим. Поэтому независимые производители могут разрабатывать различные дополнительные устройства, что резко увеличивает популярность компьютера.

Но в наилучшем положении из-за применения принципа детского конструктора оказались пользователи ПК. Выгода пользователей от заложенного в ПК принципа открытой архитектуры состоит в следующем:

- удешевление стоимости компьютеров из-за конкуренции фирм, производящих комплектующие;

- пользователи могли «подстроить ПК под себя» путем приобретения и подключения дополнительных устройств. При этом они не были связаны ассортиментом, предлагаемым фирмой IBM PC, а могли выбирать продукцию других фирм;

- открытость архитектуры привела к появлению множества фирм, специализирующихся на выпуске совместимых с IBM PC компьютеров. Это стало причиной снижения цен, повышения качества и к увеличению выбора для пользователей.



1.3 Принцип открытой архитектуры ЭВМ

 

Рис. 1. Архитектура персонального компьютера

Структуру ПК, изображенную на рис. 1, принято называть архитектурой с общей шиной (другое название — магистральная архитектура). Ее главное достоинство — простота, возможность легко изменять конфигурацию компьютера путем добавления новых или замены старых устройств. Отмеченные возможности принято называть принципом открытой архитектуры ПК.

Рисунок отражает информационное взаимодействие между устройствами, но применительно к персональному компьютеру. Этот рисунок содержит в себе некоторые конкретные детали, характерные для ПК. В нем присутствует следующая информация: роль центрального процессора в ПК исполняет микропроцессор; в качестве устройства ввода используется клавиатура; устройства вывода - монитор и принтер; устройство внешней памяти - дисковод. Информационная связь между устройствами осуществляется через общую многопроводную магистраль (шину); внешние устройства подсоединены к магистрали через контроллеры (обозначены треугольниками).

Можно сказать, что основным устройством ПК является микропроцессор (МП). Это мозг машины. В первую очередь, возможности МП определяют возможности компьютера в целом. Для пользователя наиболее важным свойством ЭВМ является ее быстродействие, т.е. скорость обработки информациих[3].
1.4 Гарвардская архитектура

Еще одна архитектурная идея, связанная с преодолением проблемы семантического разрыва, но теперь в части неразличимости программы и данных, основывается на физическом разделении оперативной памяти на два независимых блока с собственными устройствами управления. Предложенная в Гарвардском университете она получила название «Гарвардская архитектура».



Схема такого процессора приведена на рисунке:

Рис.2 – Схема процессора с Гарвардской архитектурой

Два блока оперативной памяти для хранения программы и данных могут работать параллельно, что важно для конвейерной организации самого процессора. Для предотвращения возможности модификации программы во время выполнения (самомодифицируемые программы), что иногда активно использовалось при программировании в фон-неймановских процессорах, аппаратно запрещена операция записи в область машинного кода. Такой подход к организации памяти широко используется в настоящее время в микропроцессорах, и в процессорах специального назначения, где чрезвычайно важно сохранить целостность программы, даже при возникновении аппаратной ошибки[4].

2 Микроэвм и ПК

МИКРОКОМПЬЮ́ТЕР, настольный или портативный компьютер, который использует микропроцессор в качестве единственного центрального процессора, выполняющего все логические и арифметические операции. Микрокомпьютеры относят к вычислительным машинам четвертого и пятого поколения. Помимо ноутбуков, к переносным микрокомпьютерам относят и карманные компьютеры — палмтопы. Основными признаками микрокомпьютеров являются шинная организация системы, высокая стандартизация аппаратных и программных средств, ориентация на широкий круг потребителей.

Из истории микрокомпьютеров

Микрокомпьютеры появились в 1970-х годах и были предназначены для ведения делопроизводства в офисах, для бухгалтерий небольших предприятий, для домашних развлечений. Изначально микрокомпьютеры ориентировались на однопользовательский режим работы, поэтому их называют персональными компьютерами. От больших вычислительных систем — мейнфреймов и миникомпьютеров — микрокомпьютеры отличались существенно меньшей производительностью. Первые микрокомпьютеры могли обрабатывать только 4 бит информации в секунду. Лишь позднее появились 8-битные, 16-битные, и 32-битные микрокомпьютеры.

За двадцать лет развития персональные компьютеры превратились в мощные высокопроизводительные устройства по обработке самых различных видов информации, которые качественно расширили сферу применения вычислительных машин. Современные персональные компьютеры имеют практически те же характеристики, что и миникомпьютеры 1980-х годов. Мощность микрокомпьютера позволяет использовать его в качестве сервера для организации работы многих персональных компьютеров в сети.

Типы компьютеров

Стационарные (настольные) микрокомпьютеры в большинстве случаев состоят из отдельного системного блока, в котором размещаются внутренние устройства и узлы, а также из отдельных внешних устройств (монитор, клавиатура, манипулятор-мышь), без которых немыслимо использование современных компьютеров. При необходимости к системному блоку микрокомпьютера могут подсоединяться дополнительные внешние устройства (принтер, сканер, акустические системы, джойстик).

Портативные персональные компьютеры обычно известны в блокнотном (ноутбук) исполнении. В ноутбуке все внешние и внутренние устройства соединены в одном корпусе. Так же как и к стационарному микрокомпьютеру, к ноутбуку могут быть подсоединены дополнительные внешние устройства.

Различают также IBM PC-совместимые микрокомпьютеры (читается Ай-Би-Эм Пи-Си) и IBM PC-несовместимые микрокомпьютеры. В конце 1990-х годов IBM PC-совместимые микрокомпьютеры составляли более девяноста процентов мирового компьютерного парка. IBM PC был создан американской фирмой Ай-Би-Эм (IBM) в августе 1981, при его создании был применен принцип открытой архитектуры, который означает применение в конструкции при сборке компьютера готовых блоков и устройств, а также стандартизацию способов соединения компьютерных устройств.

Принцип открытой архитектуры способствовал широкому распространению IBM PC-совместимых микрокомпьютеров-клонов. Их сборкой занялось множество фирм, которые в условиях свободной конкуренции снизили в несколько раз цены, энергично внедряли в производство новейшие технические достижения. Пользователи в свою очередь получили возможность самостоятельно модернизировать свои микрокомпьютеры и оснащать их дополнительными устройствами сотен различных производителей.

Единственный из IBM PC-несовместимых микрокомпьютеров, получивший относительно широкое распространение, — компьютер Макинтош (Macintosh). Начиная с 1980-х годов микрокомпьютеры Макинтош американской фирмы Эпл (Apple) составляли достойную конкуренцию IBM PC-совместимым микрокомпьютерам, так как, несмотря на свою дороговизну, они обеспечивали пользователю наглядный графический интерфейс, были значительно проще в эксплуатации и обладали большими возможностями. Начиная с 1990-х годов разница между возможностями Макинтошей и IBM PC все более нивелируется. Последние были оснащены операционными системами с графическим интерфейсом (Windows, OS/2), многочисленными рассчитанными на них прикладными программами. В настоящее время Макинтоши удерживают лидирующие позиции лишь на рынке настольных издательских систем.

Сетевые компьютеры

Во второй половине 1990-х годов в связи с бурным развитием глобальных компьютерных сетей появляется новый вид микрокомпьютера — сетевой компьютер, который предназначен только для работы в компьютерной сети. Сетевому компьютеру не нужны собственная дисковая память, дисководы. Операционную систему, программы и информацию он будет черпать в сети. Предполагается, что сетевые компьютеры будут значительно дешевле настольных персональных компьютеров и постепенно заменят их в фирмах, работающих со специализированными приложениями (телефонная связь, бронирование билетов), и в образовательных учреждениях.

Карманные компьютеры

Отдельным видом микрокомпьютера считаются карманные компьютеры (электронные органайзеры, или палмтопы), небольшие устройства весом до 500 граммов и умещающиеся на кисти одной руки. Большинство палмтопов не являлись IBM PC-совместимыми микрокомпьютерами. Лишь в конце 1990-х годов появились карманные компьютеры с операционными системами, позволяющими вести обмен информацией с другими типами компьютеров, подключать палмтопы к глобальным компьютерным сетям. В карманных компьютерах нет ни жесткого диска, ни дисководов. Некоторые из них имеют миниатюрную клавиатуру, но есть модели и без клавиатуры — управление их работой осуществляется нажатиями или рисованием специальным пером прямо по экрану. Наиболее распространены карманные компьютеры фирм Эпл (Apple), Хьюлетт-Паккард (Hewlett-Packard), Сони (Sony), Псион (Psion).

Рабочие станции

Как отдельный вид микрокомпьютера иногда выделяют рабочие станции. Они развились из младших моделей миникомпьютеров как переходный вид между микрокомпьютером и миникомпьютером. Внешне рабочие станции не отличались от стационарных микрокомпьютеров и с течением времени разница между ними нивелировалась. В 1980-е годы к рабочим станциям подсоединялись терминалы — отдельные рабочие места с клавиатурами и мониторами. Терминалы позволяли использовать рабочие станции нескольким пользователям.

Позднее на рабочих станциях стал работать один пользователь, и они стали отличаться от персональных микрокомпьютеров лишь большей мощностью. В настоящее время рабочими станциями называют офисные персональные микрокомпьютеры, используемые для интенсивных вычислений. Обычно это работа с профессиональными научными и инженерными прикладными программами, разработка программного обеспечения. Существуют специализированные графические рабочие станции для работы с трехмерной графикой[6].

3 ЭВМ и мультимедиа



Термин "мультимедиа" образован из слов "мульти" — много, и "медиа" — среда, носитель, средства сообщения, и в первом приближении его можно перевести как "многосредность".

Мультимедиа — это собирательное понятие для различных компьютерных технологий, при которых используется несколько информационных сред, таких, как графика, текст, видео, фотография, движущиеся образы (анимация), звуковые эффекты, высококачественное звуковое сопровождение.




Мультимедиа-компьютер — это компьютер, снабженный аппаратными и программными средствами, реализующими технологию мультимедиа.

Области применения мультимедиа



Обучение с использованием компьютерных технологий (Специальными исследованиями установлено, что из услышанного в памяти остается только четверть, из увиденного — треть, при комбинированном воздействии зрения и слуха — 50%, а если вовлечь учащегося в активные действия в процессе изучения при помощи мультимедийных приложений — 75%.



Информационная и рекламная служба.



Развлечения, игры, системы виртуальной реальности.

Технологию мультимедиа составляют две основные компоненты — аппаратная и программная.

Аппаратные средства мультимедиа





Основные — компьютер с высокопроизводительным процессором, оперативной памятью 64 — 512 Мбайт, винчестерским накопителем ёмкостью 40 — 100 Гбайт и выше, накопителем на гибких магнитных дисках, манипуляторами, мультимедиа-монитором со встроенными стереодинамиками и видеоадаптером SVGA.



Специальные — приводы CD-ROM; TV-тюнеры и фрейм-грабберы; графические акселераторы (ускорители), в том числе, для поддержки трёхмерной графики; платы видеовоспроизведения; устройства для ввода видеопоследовательностей; звуковые платы с установленными микшерами и музыкальными синтезаторами, воспроизводящими звучание реальных музыкальных инструментов; акустические системы с наушниками или динамиками и др.

Программные средства мультимедиа



Мультимедийные приложения — энциклопедии, интерактивные курсы обучения по всевозможным предметам, игры и развлечения, работа с Интернет, тренажёры, средства торговой рекламы, электронные презентации, информационные киоски, установленные в общественных местах и предоставляющие различную информацию, и др.



Cредства создания мультимедийных приложений — редакторы видеоизображений; профессиональные графические редакторы; средства для записи, создания и редактирования звуковой информации, позволяющие подготавливать звуковые файлы для включения в программы, изменять амплитуду сигнала, наложить или убрать фон, вырезать или вставить блоки данных на каком-то временном отрезке; программы для манипуляции с сегментами изображений, изменения цвета, палитры; программы для реализации гипертекстов и др.

Технологии мультимедиа



Телевизионный приём — вывод телевизионных сигналов на монитор компьютера на фоне работы других программ.



Видеозахват — "захват" и "заморозка" в цифровом виде отдельных видеокадров.



Анимация — воспроизведение последовательности картинок, создающее впечатление движущегося изображения.



Звуковые эффекты — сохранение в цифровом виде звучания музыкальных инструментов, звуков природы или музыкальных фрагментов, созданных на компьютере, либо записаных и оцифрованых.



Трёхмерная (3D) графика — графика, создаваемая с помощью изображений, имеющих не только длину и ширину, но и глубину.



Музыка MIDI (Musical Instrument Digital Interface, цифровой интерфейс музыкальных инструментов) — стандарт, позволяющий подсоединять к компьютеру цифровые музыкальные инструменты, используемые при сочинении и записи музыки.



Виртуальная реальность (Virtual Reality, VR). Слово "виртуальный" означает "действующий и проявляющий себя как настоящий".

Виртуальная реальность — это высокоразвитая форма компьютерного моделирования, которая позволяет пользователю погрузиться в модельный мир и непосредственно действовать в нём. Зрительные, слуховые, осязательные и моторные ощущения пользователя при этом заменяются их имитацией, генерируемой компьютером.

Признаки устройств виртуальной реальности: моделирование в реальном масштабе времени; имитация окружающей обстановки с высокой степенью реализма; возможность воздействовать на окружающую обстановку и иметь при этом обратную связь.

Пример использования виртуальной реальности: архитектурно-строительная компания использует программное обеспечение, позволяющее заказчикам "посетить" виртуальный образ будущего архитектурного сооружения задолго до того, как будет начато строительство[7].

4 Состав устройств, структура и порядок функционирования ЭВМ и вычислительной системы


Состав устройств ЭВМ известен: это устройства типа “процессор”, запоминающее устройство (ЗУ), устройство ввода (УВв), устройство вывода (УВыв). Известно, что для того, чтобы решить некоторую задачу, сначала необходимо разработать алгоритм ее решения, а затем этот алгоритм выполнить над некоторым набором исходных данных. Выполнение известного алгоритма – работа механическая. Если работа чисто механическая, рутинная, следовательно, ее может выполнить и какое- то техническое устройство. Ответ Дж. фон Неймана таков: чтобы аппаратура ЭВМ могла выполнять алгоритм автоматически, без участия человека, алгоритм необходимо представить в терминах машинных команд, т. е. в форме программы, а затем заставить аппаратуру эту программу выполнить. Именно программа описывает путь решения задачи, чтобы ее решить – надо по этому пути пройти. Решение задачи – это процесс, протекающий во времени, в динамике. Отсюда следует, что для решения задачи с помощью аппаратуры необходимо в состав ЭВМ, кроме фон Неймановской памяти. состоящей из пронумерованных ячеек, ввести устройство, реализующее процесс выполнения программы. Это устройство естественно названо процессором. Он в основном и реализует фон Неймановский принцип программного управления. Процессор выполняет специальный алгоритм управления вычислительным процессом. Этот алгоритм прост и не зависит от конкретных программ (инвариантен по отношению к конкретным задачам). Он и реализуется аппаратурой ЭВМ. Называется он циклом выполнения команд и сводится к выполнению следующих действий: • выборка очередной команды из памяти машины; • выборка операндов (если необходимо); • выполнение операции, предписанной командой; • запись результата операции в память (если необходимо); • переход к пункту 1. Какие еще устройства, кроме памяти и процессора необходимы для автоматизации решения задачи? Ответ очевиден: устройство ввода устройство вывода.

Структура простейшей ЭВМ также является очевидной.Чего в ней нет по сравнению с современной машиной? Нет внешней памяти (ВП).



Рис.6– Структура простейшей ЭВМ

Порядок функционирования ЭВМ. Современные ЭВМ работают под управлением операционных систем (ОС). Программы ОС обычно хранятся во ВП (на дисках). В момент включения питания в основной оперативной памяти (ОП) пусто. Для нормальной работы в ОП необходимо сначала ввести основную часть ОС (т.н. резидентную часть) из ВП. Обычно это делается под управлением программы начальной загрузки, которая в современных ЭВМ хранится в части ОП, реализованной на основе БИС ПЗУ. По объему это малая часть ОП. Основная часть ОП строится на основе БИС ОЗУ. После загрузки в ОП ЭВМ операционная система превращается в инструмент, помогающий человеку в автоматическом режиме быстро и без ошибок выполнять машинные программы.

4.1. Основные технические характеристики вычислительногокомплекса


К числу основных относятся: операционные ресурсы, емкость памяти, быстродействие устройств, надежность, стоимость. Операционные ресурсы – это перечень действий (операций), которые может делать (выполнять) аппаратура ВК в плане обработки информации (исходных данных). В этот перечень прежде всего включается система машинных операций – список F={+,-,*,/,…}. Кроме того, это порождающая ее (систему операций) система машинных команд К={К1, …, КN}. В понятие операционные ресурсы включаются также способы представления информации в ЭВМ, способы представления чисел, текстов, логических значений. Чем шире перечень действий, чем шире многообразие способов представления данных – тем шире операционные ресурсы ЭВМ и, следовательно, возможности ВК в плане обработки информации. Емкость памяти – очевидная техническая характеристика, которая характеризует вместимость хранилища программ и данных ВК. Единицы измерения – бит, байт В, килобайт КВ = 210В, мегабайт МВ = 220В, гигабайт ГВ = 230В, терабайт ТВ = 240В. Емкость памяти Е обычно кратна степени 2: Е = 2m, m – длина адреса. Быстродействие – это характеристика, которая отвечает на вопрос, как быстро действует (работает) аппаратура ЭВМ. Эта характеристика определяет потенциальные возможности устройств, указывает на верхнюю границу. Относится к отдельным устройствам, а не ВК в целом. Так, быстродействие АЛУ характеризует скорость, с которой это устройство может выполнять операции: VАЛУ={V+, V-, V*, Vдел, …}. Быстродействие определяется количеством операций в единицу времени и зависит от времени выполнения операции: V=1/t – чем меньше время выполнения операции t, тем выше быстродействие. Быстродействие – это паспортная характеристика, указывается в документе на устройство либо в виде вектора скоростей V, либо в виде набора времен: t+, t-, t*, t/, … Быстродействие процессор определяется временем выполнения команд. Следует отметить, что времявыполнения команды tк зависит от многих факторов – быстродействия памяти (т.к. выборка команды и данных осуществляется из памяти, результаты также засылаются в память), от быстродействия АЛУ, а также организации ВК. В простейшем случае tк = tвк + tво + tалу + tзр, где первое слагаемое определяет время выборки команды из памяти, второе – время выборки операнда(ов), третье – время выполнения операции в АЛУ, четвертое – время засылки результата операции. Быстродействие процессора принято измерять миллионами операций всекунду – MIPS или миллионами операций с плавающей запятой в секунду –MFLPS.

Память ЭВМ предназначена для хранения, записи и чтения информации. Быстродействие памяти принято характеризовать количество операций чтения/записи в единицу времени. Память ЭВМ строится на базе ЗУ (БИС ОЗУ, ППЗУ). Быстродействие памяти зависит от быстродействия ЗУ и ее внутренней организации. Т.о. быстродействие устройств ВК характеризует потенциальные возможности отдельных устройств ВК. Быстродействие ВК в целом зависит от многих факторов: от быстродействия устройств, внутренней организации самого комплекса, от операционной системы, под управлением которой работает аппаратура, т.е. от организации вычислительных процессов и др. факторов. Поэтому понятие быстродействие на ВК не распространяется. Вместо него используется понятие производительность ВК. Назначением ЭВМ является обработка информации, т.е. решение различных задач. Поэтому производительность ВК естественно оценивать количеством задач в единицу времени. Но решаемые задачи разные. Оценка производительности ВК – проблема. Простейшее ее решение – смеси операций (Гибсона, например). Для сравнения различных ВК по производительности в ВТ обычно используют один и тот же набор программ, который прогоняют на ВК различных типов. Например, т.н. Бенч Марковские программы и др. Надежность ВК – это свойство ВК выполнять возложенные на него функции в течение заданного отрезка времени. Надежность ВК отлична от100% (т. Е. от абсолютной) ввиду того, что элементы, из которых строится ЭВМ, рано или поздно перестают нормально работать. В результате отказа элемента работоспособность ВК нарушается. Отказы аппаратуры - случайные события, частоту которых принято характеризовать интенсивностью отказов λ, т.е. количеством отказов в единицу времени. Другая характеристика надежности – т. Н. наработка на отказ: T=1/λ - это промежуток времени между двумя соседними (по времени) отказами. Общий подход к увеличению надежности ВК – резервирование аппаратуры, например, дублирование – двукратное резервирование. Если недостаточно, то трехкратное и т. Д. Стоимость ВК – интегральная характеристика, определяется всеми перечисленными характеристиками. Чем лучше характеристика, тем выше стоимость[8].


5 Объединение ЭВМ в сеть
Для современного этапа развития средств вычислительной техники характерно использование сравнительно дешевых мини-, микро-, персональных ЭВМ, обладающих достаточно большими вычислительными возможностями. Поэтому естественен переход к распределенным системам обработки информации на базе многопроцессорных и многомашинных вычислительным сетям (ММВС), а также сетей ЭВМ.

Многопроцессорные и многомашинные ВС позволяют получить высокую производительность и используются в САПР как мощные ЦВК. Их применение целесообразно при необходимости интенсивного обмена большими массивами данных. Поскольку при объединении ЭВМ в единую ММВС применяют стандартные интерфейсы ЭВМ, расстояния между ЭВМ должно быть не более 100 м. Однако с позиции труда инженера более эффективно приближение технических средств связи с ЭВМ непосредственно к рабочему месту инженера, что и обуславливает популярность персональных ЭВМ и ИРС.

Если же при размещении КТС САПР в помещениях проектной организации расстояния между ЭВМ превышают допустимые для ММВС или интенсивность обмена данными между отдельными ЭВМ невысока, но сами обмены данными необходимы, то организуются вычислительные сети с соответствующими аппаратными и программными средствами.

Под вычислительной сетью (сетью ЭВМ) понимают объединение достаточно большого числа независимых ВС, удаленных друг от друга на расстояния от нескольких сотен метров до нескольких тысяч километров и связанных специальным каналом передачи данных, с целью коллективного использования аппаратных, программных и информационных ресурсов. Наиболее перспективны в смысле использования в САПР локальные вычислительные сети с расстояниями между отдельными ЭВМ (узлами сети), не превышающими 2.5... 3.0 км. Глобальные вычислительные сети, объединяющие ЭВМ в пределах больших географических регионов и располагающие значительными вычислительными мощностями (напр., сеть АГРА), при создании их в рамках министерств или отраслей смогут найти применение в САПР как мощные ЦВК САПР отдельных предприятий и как объединение ЦВК группы родственных проектных организаций.

Главные достоинства локальных вычислительных сетей, обусловившие большой интерес к ним в последнее время: простота, повышенная надежность и живучесть, сравнительно низкая стоимость при повышенной производительности распределенной обработки данных, достаточно высокая скорость передачи данных, возможность расширения сети при незначительном увеличении комплекса технических средств; недостатки - сложность разработки программного обеспечения, трудности тестирования и диагностики отказов сети.

Система межмашинных взаимодействий в вычислительных сетях обычно представляется в виде совокупности иерархических уровней или функциональных слоев. На каждом из уровней решаются свои функциональные задачи и используются возможности находящихся ниже по иерархии уровней через соответствующий межуровневый интерфейс без учета особенностей внутреннего функционирования всех предшествующих уровней. Совокупность правил взаимодействия компонентов сети на определенном уровне называется протоколом уровня сети ЭВМ. На протоколы вычислительных сетей и межуровневый интерфейс разработаны стандарты. Пользователям в этой иерархии уровней доступны системные услуги только верхнего уровня. С позиции технической реализации наибольший интерес представляют нижние уровни, где определяются механические, электрические и информационные характеристики организации связи между ЭВМ, для надежной передачи информации между ЭВМ по единственному каналу передачи данных (совокупность физического канала связи и аппаратуры передачи данных). Канал передачи данных обычно наиболее дорогостоящая часть сети ЭВМ. Канал связи может содержать одну или несколько линий связи в зависимости от способа передачи данных (последовательный или параллельный).


  1   2

  • Реферат