Тема 1.1: Теоретични основи на икономическата информатика

Тема 1.2: Технически средства за обработка на информация

Тема 1.3: Системен софтуер

Тема 1.4: Софтуер за услуги и основите на алгоритмизацията

Въведение в икономическата информатика

1.2. Технически средства за обработка на информация

1.2.2. Компютърна архитектура

Архитектурата на компютъра включва както структура, която отразява състава на компютър, така и софтуер и математическа поддръжка. Структурата на компютъра е съвкупност от елементи и връзки между тях. Основният принцип на конструкцията на всички съвременни компютри е софтуерното управление.

Основите на теорията на компютърната архитектура са поставени от Джон фон Нойман. Комбинацията от тези принципи породи класическата (фон Нойман) компютърна архитектура.

Фон Нойман не само изложи основните принципи на логическото устройство на компютър, но също така предложи неговата структура, представена на фигура 1.

Фигура: един.

Позициите на фон Нойман:

1. Компютърът се състои от няколко основни устройства (аритметичен логически блок, контролен блок, памет, външна памет, входни и изходни устройства).
2. Аритметична логическа единица - извършва логически и аритметични операции, необходими за обработка на информацията, съхранявана в паметта.
3. Контролно устройство - осигурява контрол и наблюдение на всички компютърни устройства (управляващите сигнали са обозначени с пунктирани стрелки).
4. Данните, които се съхраняват в паметта, са в двоична форма.
5. Програмата, която контролира работата на компютъра и данните се съхраняват в едно и също устройство за съхранение.
6. За въвеждане и извеждане на информация се използват устройства за въвеждане и извеждане.

Един от най-важните принципи - принципът на съхранената програма - изисква програмата да се съхранява в паметта на машината по същия начин, както първоначалната информация е вложена в нея.

Аритметичният логически блок и управляващият блок в съвременните компютри образуват компютърен процесор. Процесор, съставен от една или повече големи интегрални схеми, се нарича микропроцесор или микропроцесорен комплект.

Процесорът е функционална част от компютър, която извършва основни операции за обработка на данни и контрол на работата на други единици. Процесорът е преобразувател на информация, идваща от паметта и външни устройства.

Устройствата с памет осигуряват съхранение на първоначални и междинни данни, резултати от изчисления и програми. Те включват: памет с произволен достъп (RAM), супер оперативна RAM), само за четене (ROM) и външни (OVC) устройства за съхранение.

Оперативната памет съхранява информация, с която компютърът работи директно в даден момент (резидентна част операционна система, приложна програма, данни, които се обработват). RAM съдържа данните, най-често използвани от процесора. Само информацията, съхранявана в RAM и RAM, е пряко достъпна за процесора.

Външни устройства за съхранение (магнитни дискове като hDD или твърд диск) с капацитет много по-голям от RAM, но със значително по-бавен достъп, се използват за дългосрочно съхранение на големи количества информация. Например операционната система (OS) се съхранява на твърдия диск, но когато компютърът се стартира, резидентната част на ОС се зарежда в RAM и остава там до края на сесията на компютъра.

ROM (памет само за четене) и EPROM (памет само за четене) са предназначени за постоянно съхраняване на информация, която е записана там по време на нейното производство, например PROM за BIOS.

Например клавиатурата служи като устройство за въвеждане. Като изходно устройство - дисплей, принтер и др.

В компютър, построен по схемата на фон Нойман, командите се четат последователно от паметта и се изпълняват. Номерът (адресът) на следващата клетка от паметта, от която ще бъде извлечена следващата програмна команда, се посочва от специално устройство - броячът на команди в управляващото устройство.

С развитието на изчислителната техника и софтуерни инструменти всеки компютър започва да се разглежда като изчислителна система, която е комбинация от две концептуално комбинирани части: хардуер и софтуер... Появи се концепцията за „компютърна архитектура“, свързана с функционалността на изчислителна система, която потребителят трябва да знае за ефективното използване на системата при решаването на своите проблеми.

Компютърна архитектура Е модел, който установява принципите на организиране на изчислителна система, състава, реда и взаимодействието на основните части на компютъра, функционалност, лекота на използване, цена, надеждност.

Всеки компютър, включително компютър, трябва да има минимален набор от функционални блокове, за да изпълнява функциите си. Това е блок за извършване на аритметични и логически операции; блок за съхранение на информация (памет) или устройство за съхранение; устройства за въвеждане на първоначални данни и за извеждане на резултати. Тъй като всички тези устройства трябва да извършват едновременно необходимите действия, те трябва да бъдат контролирани. Следователно в структурата на всеки компютър е необходимо да има и устройство за управление.

Всички горепосочени блокове, като се вземе предвид факта, че в устройството с памет са разпределени две нива (вътрешно и външно), напълно съответстват на състава на класическата структура на Fonneumann на компютър, която е в основата на компютрите повече от половин век (фиг. 4.1).

Фигура: 4.1.

удебелени стрелки - трансфер на информация; тънки стрелки - предаване на управляващи сигнали; ALU - блок за извършване на аритметични и логически операции; ZU - устройство за съхранение; УУ - устройство за управление; Uvv - устройство за въвеждане на информация; Уви - устройство за извеждане на информация

Структура на компютъра дефинира набор от функционални елементи на компютър и метод за установяване на връзки между тях. В съвременните компютри устройство за извършване на аритметични и логически операции и устройство за управление се комбинират в централен процесор. Вместо ограничения набор от входно-изходни устройства, налични в компютрите от първо поколение, съвременните машини разполагат с голям арсенал от устройства (различни устройства на магнитни, оптични и магнитооптични дискове, скенери, клавиатура, мишка, джойстик, принтери, плотери , плотери). Йерархията на съхранението е представена от още повече нива.

Хардуер (хардуер ) - набор от технически средства, използвани в процеса на компютърна работа и взаимодействие помежду си.

Структурно хардуерът на съвременния компютър, включително компютър, се състои от две основни части: централна и периферна. Централната част обикновено включва централния процесор и основната памет, тъй като на тяхна основа се прилага принципът на управление на програмата.

процесор осигурява изпълнение на процедури за обработка на данни и софтуерен контрол на този процес. Включва аритметичен логически блок, контролен блок, собствени устройства за съхранение (регистри, кеш памет).

Аритметична логическа единица (ALU) - част от процесора, която осигурява процедури за преобразуване на данни.

Контролно устройство (UU) - част от процесора, която осигурява контрол върху процеса на обработка на данните.

UU избира команди от основната памет, интерпретира типа на командата и стартира необходимата верига ALU.

Памет на процесора - устройства, осигуряващи съхранение на данни.

Главна памет Компютърът включва оперативна и постоянна памет.

RAM - устройство, което осигурява временно съхранение на команди и данни по време на изпълнение на програмата.

Постоянна памет - устройство, което осигурява постоянно съхранение и възможност за четене на информация, критична за работата на компютър.

Основните памет и устройства за съхранение на процесори принадлежат вътрешен устройства за съхранение. Те взаимодействат директно с процесора, имат висока скорост и относително малък капацитет.

Всички други компютърни устройства принадлежат към периферната част и се наричат външен или периферни. Външните устройства се класифицират на I / O устройства и външни устройства за съхранение.

Входно-изходни устройства осигуряват въвеждане на първоначални данни и извеждане на резултати от централни компютърни устройства.

Външни устройства за съхранение (VCU) имат голям капацитет и относително ниска скорост. Те включват магнитни дискови устройства (LMD), магнитни лентови устройства (LMD), оптични дискови устройства (POD), флаш устройства.

Един компютър може да се използва от единици до няколкостотин външни устройства. Съставът на тези устройства, като правило, е променлив и се определя от състава на задачите, решени на определен компютър. Затова е обичайно да се каже относно компютърната конфигурация , разбирайки под този термин специфичния състав на неговите устройства, като се вземат предвид техните характеристики.

Прието е, че се извиква прехвърлянето на информация от периферни устройства към ядрото на компютъра входна операция. Извиква се трансферът на информация от ядрото на компютъра към периферни устройства изходна операция.

Понякога периферните устройства се разделят на системни периферни устройства, без които компютърът не може да функционира напълно, и допълнителни. Системните периферни устройства включват клавиатура, монитор, твърд диск, принтер. Към допълнителни - разнообразие от устройства за въвеждане и извеждане на информация, устройства за комуникация с външната среда, за обработка на мултимедийна информация.

Структурата на високопроизводителните компютри включва входно-изходни канали - набор от устройства, които осигуряват обмен на данни между централния процесор, rAM и входно-изходни устройства.

Каналите могат да работят паралелно с централния процесор. Основната им цел е да премахнат от централния процесор някои от функциите за управление на обмена на данни с външни устройства.

Ефективността на използването на компютър се определя не само от състава и характеристиките на неговите устройства, но и от начина, по който са организирани. работим заедно... Свързването на компютърни компоненти се извършва с помощта интерфейси - набор от стандартизиран хардуер и софтуер за обмен на информация между устройствата. Изграждането на интерфейси се основава на използването на унифицирани методи за кодиране на данни, стандартизация на свързващите елементи. Наличието на стандартни интерфейси дава възможност за унифициране на трансфера на информация между устройствата, независимо от техните характеристики.

За различните класове компютри се използват различни структури. При високопроизводителните компютри обикновено се използва йерархична структура с няколко нива на интерфейси и входно-изходни канали. Компютърът най-често използва структура със системна шина, наречена системна шина, което представлява система от функционално комбинирани проводници, които осигуряват пренос на данни, адреси на данни и управляващи сигнали (фиг. 4.2).

Извиква се броят на проводниците в системната шина, предназначени за предаване на данни ширина на шината. Ширината на шината определя броя на битовете, предадени по шината едновременно. Броят на проводниците за прехвърляне на адреси определя колко RAM може да бъде адресирано.

Хардуерна платформа - набор от технически средства, които определят средата за функционирането на конкретни програми. Основата на хардуерната платформа е комбинацията от системната (майчината) платка и вида на използвания процесор.

Фигура: 4.2.

CPU - централен процесор; RAM - памет с произволен достъп; ROM - памет само за четене; Контролер - устройство, управляващо периферно устройство

• С името на американския учен Дж. Фон Нойман (1903-1957), който през 1946 г. обосновава състава на основните устройства и принципите на компютърната работа.

Електронните компютри (компютри) или, както ги наричат \u200b\u200bпо-често компютрите, са едно от най-удивителните човешки творения. В тесен смисъл компютрите са устройства, които извършват различни видове изчисления или улесняват този процес. Най-простите устройства, обслужващи такива цели, се появяват в древността, преди няколко хилядолетия. С развитието на човешката цивилизация те бавно се развиват, непрекъснато се подобряват. Въпреки това, едва през 40-те години на нашия век е началото на създаването на компютри с модерна архитектура и с модерна логика. Именно тези години могат с право да се считат за времето на раждане на съвременните (естествено, електронни) компютри.

За да бъде компютърът едновременно ефективен и универсален, той трябва да включва следните структури: централен аритметично-логически блок (ALU), централен контролен блок (CU), който „провежда“ операции, устройство за съхранение или памет, както и входно-изходни устройства ...

Фон Нойман отбеляза, че тази система трябва да работи с двоични числа, да бъде електронна, а не механична и да извършва операции последователно, една след друга.

Принципите, формирани от фон Нойман, станаха общоприети и поставиха основите както на основни кадри от първите поколения, така и по-късно на мини- и микро-компютри. И въпреки че през последните години се извършва активно търсене на компютри, изградени на принципи, различни от класическите, повечето компютри са изградени според принципите, определени от Нойман.

Компютърна архитектура и структура

Когато се обмислят компютърни устройства, е обичайно да се прави разлика между тяхната архитектура и структура. Компютърна архитектура неговото описание се извиква на някакво общо ниво, включително описание на потребителските възможности за програмиране, командна система, адресираща система, организация на паметта и т.н. Архитектурата дефинира принципите на работа, информационните връзки и взаимовръзката на основните логически възли на компютъра: процесор, RAM, външно устройство за съхранение и периферни устройства. Обща архитектура различни компютри гарантира тяхната съвместимост от гледна точка на потребителя. Структура на компютъра е съвкупност от неговите функционални елементи и връзки между тях. Елементите могат да бъдат голямо разнообразие от устройства - от основните логически възли на компютър до най-простите схеми. Структурата на компютъра е графично представена под формата на структурни диаграми, с помощта на които е възможно да се опише компютър на всяко ниво на детайлност. Следните архитектурни решения са най-често срещани. Класическа архитектура (архитектура на фон Нойман) - един аритметичен логически блок (ALU), през който преминава потокът от данни, и един контролен блок (CU), през който преминава командният поток - програмата. Това е еднопроцесорен компютър. Този тип архитектура включва архитектурата на персонален компютър с обща шина. Всички функционални блокове са свързани тук с обща шина, наричана още системна шина. Физически гръбнак е многожилна линия с контакти за свързване на електронни вериги. Събирането на проводниците на багажника е разделено на отделни групи: адресна шина, шина за данни и контролна шина. Периферни устройства ( принтер и др.) са свързани към хардуера на компютъра чрез специални контролери - устройства за управление на периферни устройства. Контролер - устройство, което свързва периферно оборудване или комуникационни канали с централния процесор, освобождавайки процесора от пряк контрол върху работата на това оборудване. Мултипроцесорна архитектура ... Наличието на множество процесори в компютър означава, че много потоци от данни и много потоци от инструкции могат да бъдат организирани паралелно. По този начин няколко фрагмента от една задача могат да бъдат изпълнени паралелно. Структурата на такава машина с обща RAM и няколко процесора е показана на фигурата. Многопроцесорна компютърна архитектура Многомашинна изчислителна система ... Тук няколко процесора, включени в изчислителната система, нямат обща RAM, но всеки има своя (локална). Всеки компютър в многомашинна система има класическа архитектура и такава система се използва широко. Ефектът от използването на такава изчислителна система обаче може да бъде получен само когато разрешаване на проблемикоито имат много специална структура: тя трябва да бъде разделена на толкова свободно свързани подзадачи, колкото има компютри в системата. Предимството на скоростта на многопроцесорните и многомашинните изчислителни системи пред еднопроцесорните е очевидно. Архитектура на паралелен процесор ... Тук няколко ALU работят под контрола на една CU. Това означава, че много данни могат да бъдат обработени от една програма - т.е. един поток от инструкции. Висока производителност на такава архитектура може да се получи само при задачи, при които едни и същи изчислителни операции се извършват едновременно върху различни набори от данни от един и същи тип. Структурата на такива компютри е показана на фигурата. Архитектура на паралелен процесор Съвременните машини често съдържат елементи от различни видове архитектурни решения. Съществуват и такива архитектурни решения, които са коренно различни от тези, разгледани по-горе. Модерен персонален компютър се състои от няколко основни структурни компонента: системна единица; монитор; клавиатури; манипулатори. Системна единица Системният блок е най-важният блок на компютъра. Всички други блокове, наречени външни или периферни устройства, са свързани към него. Системният блок съдържа основните електронни компоненти на компютъра. Компютърът е изграден на базата на VLSI (много големи интегрални схеми) и почти всички от тях са разположени вътре в системния блок, на специални платки (платката е пластмасова плоча, върху която са фиксирани и свързани помежду си електронни компоненти - VLSI, микросхеми и т.н.). Най-важната платка в компютъра е дънната платка. Съдържа централния процесор, копроцесор, памет с произволен достъп - RAM и съединители за свързване на контролни платки на външни устройства. Системният блок съдържа: захранване - устройство, което преобразува променливото напрежение на мрежата в директно напрежение с различна полярност и величина, което е необходимо за захранване на дънната платка и вътрешни устройства... Захранването съдържа вентилатор, който циркулира въздух за охлаждане на системния блок. системна платка (дънна платка); гръбначен стълб (системна шина); пРОЦЕСОР; звукова карта; видеокарта (графична карта); твърди дискове; флопи дискови устройства; оптични, магнитооптични и други устройства за съхранение; устройство CD-ROM, DVD-ROM; Дънна платка Основната част на всяка компютърна система е дънна платка с основен процесор и микросхеми, които го поддържат. Функционално дънната платка може да бъде описана по различни начини. Понякога такава платка съдържа цялата компютърна схема (единична платка). За разлика от едноплатните компютри, в компютрите, ориентирани към шината, дънната платка изпълнява минимална схема за конфигуриране, останалите функции се изпълняват с помощта на множество допълнителни дъски... Всички компоненти са свързани с шина. Системната платка няма видео адаптер, някои видове памет и средства за комуникация с допълнителни устройства. Тези устройства (разширителни карти) се добавят към дънната платка чрез свързване към шина за разширение, която е част от дънната платка. Първата дънна платка е проектирана от IBM и показана през август 1981 г. (PC-1). През 1983 г. се появи компютър с увеличена системна платка (PC-2). Максимумът, който PC-1 може да поддържа без използване на разширителни карти, е 64K памет. PC-2 вече беше 256K, но най-важната разлика беше програмирането на двете платки. Дънната платка PC-1 не може без настройка да поддържа най-мощните разширителни устройства като твърди дискове и усъвършенствани видео адаптери. Дънната платка е сложна различни устройства поддържане на системата като цяло. Необходимите атрибути на дънната платка са основният процесор, RAM, системния BIOS, клавиатурен контролер, слотове за разширение. Дънната платка в компютъра е основният монтажен елемент, към който са прикрепени останалите компоненти. По време на нормалната работа на дънната платка те не я запомнят, докато компютърът не трябва да бъде подобрен. Обикновено те искат да инсталират по-бърз процесор, което води до подмяна на дънната платка. Не можете например да замените стар Pentium MMX с Pentium III без нова дънна платка. От външен вид дънната платка, можете да определите какъв процесор, памет и допълнителни устройства, които се вмъкват във външни портове и гнезда на компютъра, са необходими. По размер дънни платки като цяло може да се раздели на три групи. Преди това всички дънни платки бяха 8,5 / 11 инча. В XT размерите са се увеличили с 1 инч; в AT размерите са се увеличили още повече. Често можем да говорим за "зелени" дъски (зелена дъска). Сега се произвеждат само такива дъски. Тези дънни платки ви позволяват да внедрите няколко енергоспестяващи режима на консумация на енергия (включително така наречения „спящ режим“, който изключва захранването от компютърните компоненти, които не работят в момента). Американската агенция за опазване на околната среда (EPA) се фокусира върху намаляването на консумацията на енергия от компютърните системи. Оборудването, което отговаря на неговите (EPA) изисквания, трябва средно (на празен ход) да консумира не повече от 30W, да не използва токсични материали и да позволява 100% рециклиране. Тъй като съвременните микропроцесори използват захранващо напрежение 3.3-4V, а 5V се подава към платката, системата преобразувателите на напрежение са монтирани на дъските. Честота на процесора, системната шина и периферната шина Производителността на различни компютърни компоненти (процесор, RAM и периферни контролери) може да варира значително. За да се координира производителността, на дънната платка са инсталирани специални микросхеми (чипсети), които включват контролер на RAM (така нареченият северен мост) и контролер на периферни устройства (южен мост). Фиг. 1. Логика на системната платка PCI шината (Peripherial Component Interconnect bus) е свързана към северния мост, който осигурява обмен на информация с периферни контролери. Честотата на контролерите е по-ниска от честотата на системната шина, например, ако честотата на системната шина е 100 MHz, тогава честотата на PCI шината обикновено е три пъти по-ниска - 33 MHz. Периферните контролери (звукова карта, мрежова карта, SCSI контролер, вътрешен модем) са инсталирани в слотовете за разширяване на дънната платка. С увеличаването на разделителната способност на монитора и дълбочината на цветовете се увеличават изискванията за скоростта на шината, свързваща видеокартата с процесора и RAM паметта. В момента за свързване на видеокарта обикновено се използва специална шина AGP (Accelerated Graphic Port), свързана към северния мост и имаща честота няколко пъти по-висока от PCI шината. Южният мост осигурява обмен на информация между Северния мост и пристанищата за свързване на периферно оборудване. Устройства за съхранение ( твърди дискове, CD-ROM, DVD-ROM) са свързани към южния мост чрез UDMA шината (Ultra Direct Memory Access - директна връзка в паметта). Мишка и външен модем са свързани към южния мост с помощта на серийни портове, които предават електрически импулси, пренасящи информация в машинен код един след друг. Последователните портове са обозначени като COM1 и COM2 и хардуер, реализиран с помощта на 25-пинови и 9-пинови конектори, които се извеждат на задния панел на системния блок. Принтерът е свързан към паралелен порт, който осигурява по-висока скорост на трансфер на данни от серийните портове, тъй като едновременно предава 8 електрически импулса, пренасящи информация в машинен код. Паралелният порт е обозначен като LTP и е реализиран в хардуер като 25-пинов конектор на задния панел на системния блок. Обикновено се използва за свързване на скенери и цифрови камери uSB порт (Universal Serial Bus - универсална серийна шина), която осигурява високоскоростна връзка към компютър с множество периферни устройства едновременно. Клавиатурата обикновено се свързва с помощта на порта PS / 2.

Под компютърна архитектура означава съвкупността основни принципи организация на хардуера и софтуера и техните характеристики, което определя функционалността на компютъра при решаване на съответните класове проблеми.

Отворена архитектура - предполага наличието на единен стандарт при разработването на устройства, разположени на дънната платка и разширителната платка.

Структурата на компютъра е определен модел, който установява състава, реда и принципите на взаимодействие на неговите компоненти

Фигура 3 - компютърна архитектура.

В момента най-широко разпространени в компютрите са 2 вида архитектура: Принстън (фон Нойман) и Харвард... И двамата различават 2 основни компютърни блока: централния процесор и компютърната памет. Разликата се крие в структурата на паметта: в архитектурата на Принстън програмите и данните се съхраняват в един масив памет и се прехвърлят към процесора по един канал, докато архитектурата на Харвард осигурява отделни хранилища и потоци за трансфер на команди и данни.

Според Джон фон Нойман всеки компютър трябва да включва четири основни блока - процесор, RAM, външна памет и набор от входно-изходни устройства

Фигура 4 - Блокова схема на компютъра

Тази схема, която беше широко използвана в първите компютри, имаше един съществен недостатък: I / O управлението и изпълнението на команди се извършваха от един контролен блок. С такава компютърна структура всички видове софтуерна обработка за времето на I / O операциите бяха спрени поради заетостта на процесора, което значително намали скоростта на машината.

За да се премахне този недостатък, във веригата беше включен допълнителен компонент - входно-изходен канал (устройство, което осигурява директно взаимодействие между процесора и периферните устройства).

Харвардска архитектура - компютърна архитектура, отличителна черта на която е отделно съхранение и обработка на команди и данни. Архитектурата е проектирана от Хауърд Айкен в края на 30-те години в Харвардския университет

Типичните операции (събиране и умножение) изискват няколко действия от всяко изчислително устройство: извличане на два операнда, избор на инструкция и изпълнение и накрая запазване на резултата.

Идеята на Aiken беше физически да отдели командните и информационните редове. Първият компютър на Айкен, Mark I, използва перфорирана лента за съхранение на инструкции и електромеханични регистри за манипулиране на данни. Това позволява командите и данните да се изпращат и обработват едновременно, което значително подобрява цялостната производителност.

В повече подробно описание, който определя конкретна архитектура, включва също: структурна диаграма на компютъра, средства и методи за достъп до елементите на тази структурна диаграма, организация и битова ширина на компютърните интерфейси, набор и достъпност на регистри, организация на памет и методи за адресиране към нея, набор и формат на машинни инструкции на процесора, методи за представяне и формати на данни, правила за обработка на прекъсвания.

Според изброените характеристики и техните комбинации, сред архитектурите се различават:

1. По битовост на интерфейсите и машинните думи: 8-, 16-, 32-, 64-, 128-бита (редица компютри имат други битове);

2. По особеностите на набора от регистри, формат на команди и данни: CISC, RISC, VLIW;

3. По броя на централните процесори: унипроцесор, мултипроцесор, суперскаларен; мултипроцесор, базиран на принципа на взаимодействие с паметта: симетричен мултипроцесор (SMP), масивно успореден (MPP), разпределен.

Повечето мултипроцесорни системи днес използват sMP архитектура.

SMP системите позволяват на всеки процесор да работи по всяка задача, независимо къде данните за тази задача се съхраняват в паметта; с подходяща поддръжка на операционната система, SMP системите могат лесно да преместват задачи между процесорите, ефективно балансирайки товара. От друга страна, паметта е много по-бавна от процесорите, които имат достъп до нея; дори еднопроцесорните машини трябва да отделят значително количество време за извличане на данни от паметта. В SMP само един процесор може да има достъп до паметта наведнъж.

Масивно паралелна архитектура (Англ. Massive Parallel Processing, MPP) - клас архитектури за паралелни изчислителни системи Особеността на архитектурата е, че паметта е физически разделена. Системата е изградена от отделни модули, съдържащи процесор, локална оперативна банка памет, комуникационни процесори или мрежови адаптери, понякога твърди дискове и / или други устройства за въвеждане / извеждане. Само процесори от същия модул имат достъп до оперативната банка памет от този модул. Модулите са свързани чрез специални комуникационни канали. За разлика от SMP системите, в машини с отделна памет всеки процесор има достъп само до своята локална памет и следователно няма нужда от синхронизиране на процесорите по часовниковата стрелка.

Разпределени изчисления, metacomputing (eng.grid - мрежа) е начин за решаване на трудоемки изчислителни задачи с помощта на няколко компютъра, обединени в паралелна изчислителна система (едновременно решаване на различни части на една изчислителна задача от няколко процесора (или ядра на един процесор) на един или повече компютри)

IN суперскаларни процесори има и няколко изчислителни модула, но задачата за разпределяне на работата между тях е решена в хардуер. Това значително усложнява дизайна на процесора и може да бъде податливо на грешки. В процесорите VLIW проблемът с разпределението е решен по време на компилиране и инструкциите изрично посочват кое изчислително устройство трябва да изпълни коя команда.

Суперскаларността е изчислителна основна архитектура, която използва множество декодери с инструкции, които могат да заредят множество изпълнителни единици с работа. Планирането на изпълнението на командния поток е динамично и се извършва от самото изчислително ядро. Ако в процеса на работа командите, обработени от тръбопровода, не си противоречат и едната не зависи от резултата на другата, тогава такова устройство може да извършва паралелно изпълнение на команди. В суперскаларните системи решението за стартиране на инструкция за изпълнение се взема от самия изчислителен модул, който изисква много ресурси.

абстрактно

Тема: „Компютърна архитектура и нейните основни характеристики“.

Въведение

Електронните компютри (компютри) или, както ги наричат \u200b\u200bпо-често компютрите, са едно от най-удивителните човешки творения. В тесен смисъл компютрите са устройства, които извършват различни видове изчисления или улесняват този процес. Най-простите устройства, обслужващи такива цели, се появяват в древността, преди няколко хилядолетия. С развитието на човешката цивилизация те бавно се развиват, непрекъснато се подобряват. Въпреки това, само в 40-те години на нашия век е положено началото на създаването на компютри с модерна архитектура и с модерна логика. Именно тези години могат с право да се считат за времето на раждане на съвременните (естествено, електронни) компютри.

За да бъде компютърът едновременно ефективен и универсален, той трябва да включва следните структури: централен аритметично-логически блок (ALU), централен контролен блок (CU), който „провежда“ операции, устройство за съхранение или памет, както и входно-изходни устройства ...

Фон Нойман отбеляза, че тази система трябва да работи с двоични числа, да бъде електронна, а не механична и да извършва операции последователно, една след друга.

Принципи, формирано от фон Нойман, стана общоприето и послужи като основа както на основни кадри от първите поколения, така и по-късно на мини- и микрокомпютри. И въпреки че през последните години се извършва активно търсене на компютри, изградени на принципи, различни от класическите, повечето компютри са изградени според принципите, определени от Нойман.

Компютърна архитектура и структура

Основните характеристики на изчисленията

Основните характеристики на изчислителната технология включват нейните оперативни и технически характеристики, като скорост, капацитет на паметта, изчислителна точност и др.

Скорост на компютъра разгледани в два аспекта. От една страна, тя се характеризира с броя на елементарните операции, извършвани от централния процесор в секунда. Под елементарна операция се разбира всяка най-проста операция като добавяне, прехвърляне, сравняване и др. От друга страна, скоростта на компютъра зависи значително от организацията на паметта му. Времето, отделено за търсене на необходимата информация в паметта, значително влияе върху скоростта на компютъра.

В зависимост от областта на приложение, компютрите се произвеждат със скорост от няколкостотин хиляди до милиарди операции в секунда. За решаване на сложни проблеми е възможно да се комбинират няколко компютъра в един компютърен комплекс с необходимата обща скорост.

Наред с изпълнението, понятието често се използва производителност... Ако първото се дължи главно на системата от елементи, използвани в компютъра, то второто е свързано с неговата архитектура и разновидностите на решаваните проблеми. Дори за един компютър такава характеристика като скоростта не е постоянна стойност. В тази връзка разграничавайте: върхова производителност, определена от тактовата честота на процесора, без да се взема предвид достъпът до RAM; номинална скорост, определена, като се вземе предвид времето за достъп до RAM; производителност на системата, определена, като се вземат предвид системните разходи за организиране на изчислителния процес; оперативни, определени, като се вземе предвид естеството на решаваните задачи (съставът на операциите или тяхната „смес“).

Капацитетът или обемът на паметта се определя от максималното количество информация, която може да бъде поставена в паметта на компютъра. Капацитетът на паметта обикновено се измерва в байтове. Както вече беше отбелязано, компютърната памет е разделена на вътрешна и външна. Вътрешната памет или паметта с произволен достъп е различна по размер за различните класове машини и се определя от системата за адресиране на компютъра. Капацитетът на външната памет е практически неограничен поради структурата на блока и дизайна на сменяемо устройство.

Точност на изчислението зависи от броя на цифрите, използвани за представяне на едно число. Съвременните компютри са оборудвани с 32- или 64-битови микропроцесори, което е напълно достатъчно, за да осигури висока точност на изчисленията в голямо разнообразие от приложения. Ако обаче това не е достатъчно, може да се използва двойна или тройна битова мрежа.

Командна система е списък с команди, които компютърният процесор може да изпълнява. Наборът от инструкции определя какви конкретни операции може да изпълнява процесорът, колко операнда е необходимо да посочи в инструкцията, какъв вид (формат) трябва да има инструкцията, за да я разпознае. Броят на основните типове команди е малък. С тяхна помощ компютрите могат да извършват операции на събиране, изваждане, умножение, деление, сравнение, запис в паметта, прехвърляне на номер от регистър в регистър, преобразуване от една бройна система в друга и др. Ако е необходимо, модифицирането на команди е извършва се, като се вземат предвид спецификата на изчисленията. Обикновено компютрите използват от десетки до стотици команди (като се вземе предвид тяхната модификация). На настоящия етап от развитието на компютърната технология се използват два основни подхода за формиране на набора от инструкции на процесора. От една страна, това е традиционният подход, свързан с разработването на процесори с пълен набор от инструкции - архитектурата на CISC (Complete Instruction Set Computer - компютър с пълен набор от инструкции). От друга страна, това е внедряването в компютър на намален набор от най-простите, но често използвани инструкции, което дава възможност да се опрости хардуерът на процесора и да се повиши неговата производителност - RISC архитектурата (Computer Reduced Instruction Set - компютър с намален набор от инструкции).

Разходи за компютър зависи от много фактори, по-специално от скоростта, капацитета на паметта, набора от инструкции и т.н. Разходите са силно повлияни от специфичната конфигурация на компютъра и на първо място от външните устройства, които изграждат машината. И накрая, цената на софтуера значително влияе върху цената на компютрите.

Надеждност на компютъра е способността на една машина да поддържа свойствата си при определени работни условия за определен период от време. Следните показатели могат да служат като количествена оценка на надеждността на компютър, съдържащ елементи, отказът на който води до отказ на цялата машина:

Вероятността за безпроблемна работа за определено време при определени условия на работа;
компютърно време между отказите;
средно време за възстановяване на автомобила и др.

За по-сложни структури като компютърен комплекс или система, понятието „отказ“ няма смисъл. В такива системи отказите на отделни елементи водят до известно намаляване на ефективността на функционирането, а не до пълна загуба на производителност като цяло.

Други характеристики на компютърната технология също са важни, например: гъвкавост, софтуерна съвместимост, тегло, размери, консумация на енергия и др. Те се вземат предвид при оценката на конкретни области на компютърното приложение.

Списък на литературата

Л. В. Букчин, Ю. Л. Безрукий Дискова система IBM - съвместими компютри. - М.: Бином, 1993. - 284 с.

Лагутенко О.И. Модеми. Упътване за употреба. - SPb.: Lan, 1997. - 364

Информатика. Основен курс

Симонович С.В. и други - Санкт Петербург: Издателство "Петър", 2000.

Угринович Н.Д. Информатика и информационни технологии. Учебно ръководство за 10-11 клас. Разширен курс. - М.: Лаборатория за основни знания, 2000.

А. А. Смирнов Архитектура на компютърни системи, М. Наука, 1990

Резюме 1

Въведение 2

Компютърна архитектура и структура 3

Компютър ... концепция архитектура компютър, чието съдържание е доста обширно. Архитектура компютър - ... характеристики компютъропределящ нея структура: техническа и оперативна характеристики компютър ...