Реферат: Архитектура ЭВМ - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Архитектура ЭВМ

Банк рефератов / Информатика, информационные технологии

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 70 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Архитектура ЭВМ С середины 60-х годов очень сильно изменился подход к со зданию вычислительных машин. Вместо разработки аппаратуры и средств ма тематического обеспечения стала проектироваться система, состоящая из синтеза аппаратных (hardware) и программных (software) средств. При этом на главный пла н выдвинулась концепция взаимодействия. Так возникло новое понятие — архитектура ЭВМ . Под архитектурой ЭВМ принято понимать совокупность о бщих принципов организации аппаратно-программных средств и их основны х характеристик, определяющая функциональные возможности вычислитель ной машины при решении соответствующих типов задач. Архитектура ЭВМ охватывает значительный круг пробле м, связанных с созданием комплекса аппаратных и программных средств и уч итывающих большое количество определяющих факторов. Среди этих фактор ов основными являются: стоимость, сфера применения, функциональные возм ожности, удобство в эксплуатации, а одним из основных компонентов архите ктуры считаются аппаратные средства. Архитектуру вычислительного средства необходимо от личать от структуры ВС. Структура вычислительного средства определяет его текущий состав на определенном уровне детализации и описывает связ и внутри средства. Архитектура же определяет основные правила взаимоде йствия составных элементов вычислительного средства, описание которых выполняется в той мере, в какой необходимо для формирования правил взаи модействия. Она устанавливает не все связи, а только наиболее необходимы е, которые должны быть известны для более грамотного использования прим еняемого средства. Так, пользователю ЭВМ не важно, на каких элементах выпо лнены электронные схемы, схемно или программно исполняются команды и то му подобное. Архитектура ЭВМ действительно отр ажает круг проблем, которые относятся к общему проектированию и построе нию вычислительных машин и их ПО. Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, отражающую состав ПК, так и программно – математическое обеспечение. Структура ЭВМ - совокупност ь элементов и связей между ними. Основным принципом построения всех совр еменных ЭВМ является программное управление. Основы учения об архитектуре вычислительных машин были заложены Джон ф он Нейманом. Совокупность этих принципов породила классическую (фон-ней мановскую) архитектуру ЭВМ. Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принц ипы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру, представлен ную на рисунке. Положения фон Неймана: ь Компьютер состоит и з нескольких основных устройств (арифметико-логическое устройство, упр авляющее устройство, память, внешняя память, устройства ввода и вывода) ь Арифметико -логическое устройство – выполняет логические и арифметические дейст вия, необходимые для переработки информации, хранящейся в памяти ь Управляюще е устройство – обеспечивает управление и контроль всех устройств комп ьютера (управляющие сигналы указаны пунктирными стрелками) ь Данные, кот орые хранятся в запоминающем устройстве, представлены в двоичной форме ь Программа, которая задает работу компьютера, и данные хранятся в одном и том же запоминающем устройстве ь Для ввода и вывода информации используются устройства ввода и вывода Соврем енную архитектуру компьютера определяют следующие принципы: Принцип программного управления. Обеспечивает автоматизацию процесса вычислений на ЭВМ. Согласно этому принципу, для решения каждой задачи со ставляется программа, которая определяет последовательность действий компьютера. Эффективность программного управления будет выше при реше нии задачи этой же программой много раз (хотя и с разными начальными данн ыми). Принцип программы, сохраняемой в памяти. Согласно это му принципу, команды программы подаются, как и данные, в виде чисел и обраб атываются так же, как и числа, а сама программа перед выполнением загружа ется в оперативную память, что ускоряет процесс ее выполнения. Принцип произвольного доступа к памяти. В соответств ии с этим принципом, элементы программ и данных могут записываться в про извольное место оперативной памяти, что позволяет обратиться по любому заданному адресу (к конкретному участку памяти) без просмотра предыдущи х. На основании этих принципов можно утверждать, что сов ременный компьютер - техническое устройство, которое после ввода в памят ь начальных данных в виде цифровых кодов и программы их обработки, выраж енной тоже цифровыми кодами, способно автоматически осуществить вычис лительный процесс, заданный программой, и выдать готовые результаты реш ения задачи в форме, пригодной для восприятия человеком. Реальная структура компьютера значительно сложнее, чем рассмотренная выше (ее можно назвать логической структурой). В современных компьютерах , в частности персональных, все чаще происходит отход от традиционной ар хитектуры фон Неймана, обусловленный стремлением разработчиков и поль зователей к повышению качества и производительности компьютеров. Каче ство ЭВМ характеризуется многими показателями. Это и набор команд, котор ые компьютер способный понимать, и скорость работы (быстродействие) цент рального процессора, количество периферийных устройств ввода-вывода, п рисоединяемых к компьютеру одновременно и т.д. Главным показателем явля ется быстродействие - количество операций, какую процессор способен вып олнить за единицу времени. На практике пользователя больше интересует п роизводительность компьютера - показатель его эффективного быстродейс твия, то есть способности не просто быстро функционировать, а быстро реш ать конкретные поставленные задачи. Как результат, все эти и прочие факторы способствуют п ринципиальному и конструктивному усовершенствованию элементной базы компьютеров, то есть созданию новых, более быстрых, надежных и удобных в р аботе процессоров, запоминающих устройств, устройств ввода-вывода и т.д. Тем не менее, следует учитывать, что скорость работы элементов невозможн о увеличивать беспредельно (существуют современные технологические ог раничения и ограничения, обусловленные физическими законами). Поэтому р азработчики компьютерной техники ищут решения этой проблемы усовершен ствованием архитектуры ЭВМ. Так, появились компьютеры с многопроцессорной архите ктурой, в которой несколько процессоров работают одновременно, а это озн ачает, что производительность такого компьютера равняется сумме произ водительностей процессоров. В мощных компьютерах, предназначенных для сложных инженерных расчетов и систем автоматизированного проектирова ния (САПР), часто устанавливают два или четыре процессора. В сверхмощных Э ВМ (такие машины могут, например, моделировать ядерные реакции в режиме р еального времени, прогнозировать погоду в глобальном масштабе) количес тво процессоров достигает нескольких десятков. Скорость работы компьютера существенным образом зависит от быстродейс твия оперативной памяти. Поэтому, постоянно ведутся поиски элементов дл я оперативной памяти, затрачивающих меньше времени на операции чтения-з аписи. Но вместе с быстродействием возрастает стоимость элементов памя ти, поэтому наращивание быстродействующей оперативной памяти нужной е мкости не всегда приемлемо экономически. Проблема решается построением многоуровневой памят и. Оперативная память состоит из двух-трех частей: основная часть больше й емкости строится на относительно медленных (более дешевых) элементах, а дополнительная (так называемая кэш-память) состоит из быстродействующ их элементов. Данные, к которым чаще всего обращается процессор находятс я в кэш-памяти, а больший объем оперативной информации хранится в основн ой памяти. Раньше работой устройств ввода-вывода руководил центральный процессор , что занимало немало времени. Архитектура современных компьютеров пред усматривает наличие каналов прямого доступа к оперативной памяти для о бмена данными с устройствами ввода-вывода без участия центрального про цессора, а также передачу большинства функций управления периферийным и устройствами специализированным процессорам, разгружающим централь ный процессор и повышающим его производительность. Методы классификации компьютеров Номенклатура видов компьютеров сегодня огромная: маш ины различаются по назначению, мощности, размерам, элементной базе и т.д. П оэтому классифицируют ЭВМ по разным признакам. Следует заметить, что люб ая классификация является в некоторой мере условной, поскольку развити е компьютерной науки и техники настолько бурное, что, например, сегодняш няя микроЭВМ не уступает по мощности миниЭВМ пятилетней давности и даже суперкомпьютерам недавнего прошлого. Кроме того, зачисление компьютер ов к определенному классу довольно условно через нечеткость разделени я групп, так и вследствии внедрения в практику заказной сборки компьютер ов, где номенклатуру узлов и конкретные модели адаптируют к требованиям заказчика. Рассмотрим распространенные критерии классификации компью теров. Классификация по назначению большие электронно-вычислительные машины (ЭВМ); миниЭВМ; микроЭВМ; персональные компьютеры. Большие ЭВМ (Main Frame) Применяют для обслуживания крупных областей народно го хозяйства. Они характеризуются 64-разрядными параллельно работающими процессорами (количество которых достигает до 100), интегральным быстроде йствием до десятков миллиардов операций в секунду, многопользовательс ким режимом работы. Доминирующее положение в выпуске компьютеров таког о класса занимает фирма IBM (США). Наиболее известными моделями суперЭВМ яв ляются: IBM 360, IBM 370, IBM ES/9000, Cray 3, Cray 4, VAX-100, Hitachi, Fujitsu VP2000. На базе больших ЭВМ создают вычислительный центр, кот орый содержит несколько отделов или групп (структура которого изображе на на рис. 2). Штат обслуживания - десятки людей. группа технического обслуживания ц ентральний процессор группа подготовки данных группа системных программистов отд ел выдачи результатов группа прикладных программистов группа и нформационной поддержки Рис.2. Структура вычислительн ого центра на базе большой ЭВМ Центральный процессор - основной блок ЭВМ, в котором пр оисходит обработка данных и вычисление результатов. Представляет собо й несколько системных блоков в отдельной комнате, где поддерживается по стоянная температура и влажность воздуха. Группа системного программирования - занимается разработкой, отладкой и внедрением программного обеспечения, необходимого для функционирова ния вычислительной системы. Системные программы обеспечивают взаимоде йствие программ с оборудованием, то есть программно-аппаратный интерфе йс вычислительной системы. Группа прикладного программирования - занимается созданием программ д ля выполнения конкретных действий с данными, то есть обеспечение пользо вательского интерфейса вычислительной системы. Группа подготовки данных - занимается подготовкой данных, которые будут обработаны на прикладных программах, созданных прикладными программис тами. В частности, это набор текста, сканирование изображений, заполнени е баз данных. Группа технического обеспечения - занимается техническим обслуживание м всей вычислительной системы, ремонтом и отладкой аппаратуры, подсоеди нением новых устройств. Группа информационного обеспечения - обеспечивает технической информа цией все подразделения вычислительного центра, создает и сохраняет арх ивы разработанных программ (библиотеки программ) и накопленных данных (б анки данных). Отдел выдачи данных - получает данные от центрального процессора и превр ащает их в форму, удобную для заказчика (распечатка). Большим ЭВМ присуща высокая стоимость оборудования и обслуживания, поэ тому работа организована непрерывным циклом. МиниЭВМ Похожа на большие ЭВМ, но меньших размеров. Используют на крупных предприятиях, научных учреждениях и организациях. Часто испо льзуют для управления производственными процессами. Характеризуются м ультипроцессорной архитектурой, подключением до 200 терминалов, дисковым и запоминающими устройствами, которые наращиваются до сотен гигабайт, р азветвленной периферией. Для организации работы с миниЭВМ, нужен вычисл ительный центр, но меньший чем для больших ЭВМ. МикроЭВМ Доступны многим учреждениям. Для обслуживания достат очно вычислительной лаборатории в составе нескольких человек, с наличи ем прикладных программистов. Необходимые системные программы покупают ся вместе с микроЭВМ, разработку прикладных программ заказывают в больш их вычислительных центрах или специализированных организациях. Программисты вычислительной лаборатории занимаются внедрением приоб ретенного или заказанного программного обеспечения, выполняют его нас тройку и согласовывают его работу с другими программами и устройствами компьютера. Могут вносить изменения в отдельные фрагменты программног о и системного обеспечения. Персональные компьютеры Бурное развитие приобрели в последние 20 лет. Персональ ный компьютер (ПК) предназначен для обслуживания одного рабочего места и способен удовлетворить потребности малых предприятий и отдельных лиц. С появлением Интернета популярность ПК значительно возросла, поскольк у с помощью персонального компьютера можно пользоваться научной, справ очной, учебной и развлекательной информацией. Персональные компьютеры условно можно поделить на пр офессиональные и бытовые, но в связи с удешевлением аппаратного обеспеч ения, грань между ними размывается. С 1999 года введен международный сертиф икационный стандарт - спецификация РС99: массовый персональный компьютер (Consumer PC) деловой персональный компьютер (Office PC) портативный персональный компьютер (Mobile PC) рабочая станция (WorkStation) развлекательный персональный компьютер (Entertaiment PC) Большинство персональных компьютеров на рынке подпадают до категории массовых ПК. Деловые ПК - имеют минимум средств воспроизведения графики и звука. Портативные ПК отличаются наличием средств коммуникации отдал енного доступа (компьютерная связь). Рабочие станции - увеличенные требо вания к устройствам хранения данных. Развлекательные ПК - основной акцен т на средствах воспроизведения графики и звука. Классификация по уровню специализации универсальные; специализированные. На базе универсальных ПК можно создать любую конфигурацию для работы с г рафикой, текстом, музыкой, видео и т.п.. Специализированные ПК созданы для решения конкретных задач, в частности, бортовые компьютеры в самолетах и автомобилях. Специализированные миниЭВМ для работы с графикой (кино- ви деофильмы, реклама) называются графическими станциями. Специализирова нные компьютеры, объединяющие компьютеры в единую сеть, называются файл овыми серверами. Компьютеры, обеспечивающие передачу информации через Интернет, называются сетевыми серверами. Классификация по размеру настольные (desktop); портативные (notebook); карманные (palmtop). Наиболее распространенными являются настольные ПК, которые позволяют легко изменять конфигурацию. Портативные удобны для пользования, имеют средства компьютерной связи. Карманные модели можно назвать "интеллект уальными" записными книжками, разрешают хранить оперативные данные и по лучать к ним быстрый доступ. Классификация по совместимости Существует великое множество типов компьютеров, которые собираются из деталей, изготовленных разными производителями. Важным является совме стимость обеспечения компьютера: аппаратная совместимость (платформа IBM PC и Apple Macintosh) совместимость на уровне операционной системы; программная совместимость; совместимость на уровне данных. Архитектура современных суперЭВМ В этом обзоре не имеет смысла останавливаться на дета лях классификации архитектуры суперкомпьютеров [3,4], ограничимся только рассмотрением типичных архитектур суперЭВМ, широко распространенных с егодня, и приведем классическую систематику Флинна [5]. В соответствии с ней, все компьютеры делятся на четыре класса в зависимости от числа потоков команд и данных. К первому классу (п оследовательные компьютеры фон Неймана) принадлежат обычные скалярные однопроцессорные системы: одиночный поток команд - одиночный поток данн ых (SISD). Персональный компьютер имеет архитектуру SISD, причем не важно, исполь зуются ли в ПК конвейеры для ускорения выполнения операций. Второй класс характеризуется наличием одиночного по тока команд, но множественного nomoka данных (SIMD). К этому архитектурному класс у принадлежат однопроцессорные векторные или, точнее говоря, векторно-к онвейерные суперкомпьютеры, например, Cray-1 [6]. В этом случае мы имеем дело с о дним потоком (векторных) команд, а потоков данных - много: каждый элемент в ектора входит в отдельный поток данных. К этому же классу вычислительных систем относятся матричные процессоры, например, знаменитый в свое врем я ILLIAC-IV. Они также имеют векторные команды и реализуют векторную обработку, но не посредством конвейеров, как в векторных суперкомпьютерах, а с помо щью матриц процессоров. К третьему классу - MIMD - относятся системы, имеющие множе ственный поток команд и множественный поток данных. К нему принадлежат н е только многопроцессорные векторные суперЭВМ, но и вообще все многопро цессорные компьютеры. Подавляющее большинство современных суперЭВМ им еют архитектуру MIMD. Четвертый класс в систематике Флинна, MISD, не представля ет практического интереса,по крайней мере для анализируемых нами компь ютеров. В последнее время в литературе часто используется также термин SPMD (одна программа - множественные данные). Он относится не к архитектуре к омпьютеров, а к модели распараллеливания программ и не является расшире нием систематики Флинна. SPMD обычно относится к MPP (т.е. MIMD) - системам и означает , что несколько копий одной программы параллельно выполняются в разных п роцессорных узлах с разными данными. Интересно также упомянуть о принципиально ином напра влении в развитии компьютерных архитектур - машинах потоков данных[7]. В се редине 80-х годов многие исследователи полагали, что будущее высокопроиз водительных ЭВМ связано именно с компьютерами, управляемыми потоками д анных, в отличие от всех рассмотренных нами классов вычислительных сист ем, управляемых потоками команд. В машинах потоков данных могут одноврем енно выполняться сразу много команд, для которых готовы операнды. Хотя Э ВМ с такой архитектурой сегодня промышленно не выпускаются, некоторые э лементы этого подхода нашли свое отражение в современных суперскалярн ых микропроцессорах, имеющих много параллельно работающих функциональ ных устройств и буфер команд, ожидающих готовности операндов. В качестве примеров таких микропроцессоров можно привести HP РА-8000 [8] и Intel Pentium Pro [9]. В соответствии с классификацией Флинна, рассмотрение архитектуры суперЭВМ следовало бы начать с класса SISD. Однако все векторн о-конвейерные (в дальнейшем - просто векторные) суперЭВМ имеют архитекту ру "не меньше" SIMD. Что касается суперкомпьютерных серверов, использующих с овременные высокопроизводительные микропроцессоры, таких как SGI POWER CHALLENGE на базе R8000 или DEC AlphaServer 8200/8400 на базе Alpha 21164, то их минимальные конфигурации бывают одно процессорными. Однако, если не рассматривать собственно архитектуру эт их микропроцессоров, то все особенности архитектуры собственно сервер ов следует анализировать в "естественной" мультипроцессорной конфигур ации. Поэтому начнем анализ суперкомпьютерных архитектур сразу с класс а SIMD.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
- Все каналы словно сговорились. По ТВ идет только негативная информация!
- Ну, почему же? Вот недавно передавали, что депутата избили.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по информатике и информационным технологиям "Архитектура ЭВМ", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru