Структура и характеристики ЭВМ
advertisement
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Электронная вычислительная машина — это комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач пользователей. Структура — совокупность элементов и их связей: • структура технических средств, • структура программных средств, • структура аппаратно-программных средств. Архитектура ЭВМ — это многоуровневая иерархия аппаратно-программных средств, из которых строится ЭВМ © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Характеристики ЭВМ с точки зрения человекомашинного интерфейса Технические и эксплуатационные характеристики ЭВМ (быстродействие и производительность, показатели надежности, достоверности, точности, емкость оперативной и внешней памяти, габаритные размеры, стоимость технических и программных средств, особенности эксплуатации и др.) Характеристики и состав функциональных модулей базовой конфигурации ЭВМ (возможность расширения состава технических и программных средств; возможность изменения структуры) Состав программного обеспечения ЭВМ и сервисных услуг (операционная система или среда, пакеты прикладных программ, средства автоматизации программирования) © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Быстродействие — число определенного типа команд, выполняемых ЭВМ за одну секунду. Производительность — это объем работ (например, число стандартных программ), выполняемый ЭВМ в единицу времени © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Единица измерения быстродействия MIPS Million Instructions Per Second — миллион операций в секунду. Обычно рассматриваются наиболее короткие операции типа сложения Для оценки современных ЭВМ применяется достаточно редко по следующим причинам: • набор команд современных микропроцессоров может включать сотни команд, сильно отличающихся друг от друга длительностью выполнения • значение, выраженное в MIPS, меняется в зависимости от особенностей программ © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Единица измерения быстродействия MFPOPS Million Floating Point Operations Per Second — миллион операций с плавающей точкой в секунду Для персональных ЭВМ этот показатель практически не применяется из-за особенностей решаемых задач и структурных характеристик ЭВМ © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Тестовые наборы для комплексных оценок производительности: • наборы тестов фирм-изготовителей для оценивания качества собственных изделий • стандартные универсальные тесты для ЭВМ, предназначенных для крупномасштабных вычислений • специализированные тесты для конкретных областей применения компьютеров © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Емкость запоминающих устройств — количество структурных единиц информации, которые одновременно можно разместить в памяти © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Бит — одна двоичная цифра, наименьшая структурная единица информации 1 бит (binary digit – двоичное число) = 0 или 1, 1 байт = 8 бит, 1 килобайт (1К) = 213 бит = 210 байт , 1 мегабайт (1М) = 223бит = 210 Кбайт = 220 байт , 1 гигабайт (1Г) = 233 бит = 210 Мбайт , 1 терабайт (1Т) = 243 бит = = 210 Гбайт , 1 петабайт (1П) = 253 бит, 1 эксабайт (1Э) = 263 бит. © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Емкость оперативной памяти — для ПЭВМ в 2004 году – 128-256 Мб в 2006 году – 256-512 Мб Емкость внешней памяти • флоп (1.44Мб) • винчестер (40Гб - 120Гб) • CD (DVD) (600Мб - 18Гб) © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Надежность — это способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного времени (стандарт ISO - 2382/14-78 (Международная организация стандартов)) © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Точность — возможность различать почти равные значения (стандарт ISO — 2382/2-76). Точность получения результатов обработки в основном определяется разрядностью ЭВМ, которая в зависимости от класса ЭВМ может составлять 32, 64 и 128 двоичных разрядов. © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Достоверность — свойство информации быть правильно воспринятой. Достоверность характеризуется вероятностью получения безошибочных результатов. © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление В основе его лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Алгоритм — конечный набор предписаний, определяющий решение задачи посредством конечного количества операций © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Программа для ЭВМ — упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке (стандарт ISO 2382/1-84 г.) © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Принцип программного управления, описанный Дж. фон Нейманом Все вычисления, предписанные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов — команд. Каждая команда содержит указания на конкретную выполняемую операцию, местонахождение (адреса) операндов и ряд служебных признаков. © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Фон-неймановская архитектура компьютеров содержит пять компонент: • • • • • Арифметико-логическое устройство (АЛУ) Устройство управления Память Устройство ввода информации Устройство вывода информации (Подавляющее большинство современных компьютеров). © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Операнды — переменные, значения которых участвуют в операциях преобразования данных Список (массив) всех переменных (входных данных, промежуточных значений и результатов вычислений) — неотъемлемый элемент любой программы © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Для доступа к программам, командам и операндам используются их адреса. В качестве адресов выступают номера ячеек памяти ЭВМ, предназначенных для хранения объектов © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Структурные единицы информации ЭВМ Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, представлена полем. Последовательность, состоящая из определенного, принятого для данной ЭВМ числа байтов, называется словом © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Структурные единицы информации ЭВМ самая малая структурная единица — последовательность битов — поле длинной 8 бит — последовательность байтов (2, 4, 8) — бит поле байт слово последовательность слов одинакового смысла — массив (особенность слова как структурной единицы в том, что оно записывается в ОЗУ и считывается из него за один цикл) Файл — это имеющий имя информационный массив (программа, данные, текст и т.п.), размещаемый во внешней памяти и рассматриваемый как неделимый объект при пересылках и обработке. © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Децентрализация построения и управления вызвала к жизни также элементы, которые являются общим стандартом структур современных ЭВМ: • модульность построения • магистральность • иерархия управления © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Модульная конструкция ЭВМ — делает ее открытой системой, способной к адаптации и совершенствованию © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Модульность структуры ЭВМ требует стандартизации и унификации оборудования, номенклатуры технических и программных средств, средств сопряжения — интерфейсов, конструктивных решений, унификации типовых элементов замены, элементной базы и нормативно-технической документации © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ В современных ЭВМ принцип децентрализации и параллельной работы распространен как на периферийные устройства, так и на сами ЭВМ (процессоры). © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Все существующие типы ЭВМ выпускаются семействами, в которых различают старшие и младшие модели. Информационная, аппаратная и программная совместимость © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Общие и специальные шины или магистрали для обмена информацией Стандартизация и унификация привели к появлению иерархии шин и к их специализации: • системная шина — для взаимодействия основных устройств • локальная шина — для ускорения обмена видеоданными • периферийная шина — для подключения «медленных» периферийных устройств © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Децентрализация управления предполагает иерархическую организацию структуры © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Иерархический принцип построения памяти ЭВМ: • сверхоперативное запоминающее устройство небольшой емкости • кэш-память или память блокнотного типа • кэш L1 (Еп= 16-32 Кбайта с временем доступа 1-2 такта процессора); • кэш L2 (Еп= 128-512 Кбайт с временем доступа 3-5 тактов) • кэш L3 (Еп= 2-4 Мбайта с временем доступа 8-10 тактов). • оперативное запоминающее устройство • постоянное запоминающее устройство • внешнее запоминающее устройство © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Децентрализация управления и структуры ЭВМ позволила перейти к более сложным многопрограммным (мультипрограммным) режимам © МЦИТ ГУАП 2008
