- •Организация эвм
- •1. Принципы джона фон нейман. Поколения эвм
- •1.1. Принципы Джона фон Нейман
- •1.2. Поколения эвм: от ламп к интегральным микросхемам
- •1.2.1. Первое поколение эвм (1948 — 1958гг.)
- •1.2.2. Второе поколение эвм (1959 — 1967 гг.)
- •1.2.3. Третье поколение эвм (1968 — 1973 гг.)
- •Четвертое и пятое поколения эвм (1974 — настоящее время)
- •2. Архитектура технических средств
- •2.1.Микропроцессор
- •2. Краткие сведения об остальных компонентах компьютера
- •2.3. Функциональное назначение
- •2.4. Использование разъемов расширения
- •2.5. Совместимость блоков расширения
- •3. Классификация компьютеров по областям применения
- •3.1. Персональные компьютеры и рабочие станции
- •3.3. Серверы
- •3.4. Мейнфреймы
- •3.5. Кластерные архитектуры
- •4. Система прерываний
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Обработка прерываний.
- •4.3. Программирование контроллера прерываний
- •4.4. Обработка прерываний в реальном режиме
- •5. Иерархия памяти
- •5.1. Организация кэш-памяти
- •5.1.1. Где может размещаться блок в кэш-памяти?
- •5.1.2. Как найти блок, находящийся в кэш-памяти?
- •5.1.3. Какой блок кэш-памяти должен быть замещен при промахе?
- •5.1.4. Что происходит во время записи?
- •5.2.2. Развитие оперативной памяти
- •5.2.3. Установка оперативной памяти
- •5.3. Виртуальная память и организация защиты памяти
- •5.3.1. Концепция виртуальной памяти
- •5.3.2. Страничная организация памяти
- •5.3.3 Сегментация памяти
- •6. Организация ввода/вывода
- •6.1. Системные и локальные шины
- •6.2. Стандарты шин
- •6.3. Устройства ввода/вывода
- •6.3.1. Магнитные и магнитооптические диски
- •6.3.2. Дисковые массивы и уровни raid
- •6.3.3. Устройства архивирования информации
- •7. Многопроцессорные и многомашинные системы
- •7.1. Классификация эвм параллельной обработки
- •7.2. Модели связи и архитектуры памяти
- •8. Конвейерная обработка
- •8.1. Параллелизм и конвейеризация
- •8.2. Оценка производительности идеального конвейера
- •8.3. Конфликты в конвейере и способы минимизации их влияния на производительность процессора
- •8.3.1. Структурные конфликты
- •8.3.2. Конфликты по управлению
- •8.3.3. Конфликты по данным
- •9. Периферийные устройства
- •9.1. Принтеры
- •9.2. Мыши
- •9.3. Модемы
- •9.4. Сканеры
- •9.5. Накопители на жестких магнитных дисках
- •9.6. Накопители на гибких магнитных дисках
- •9.7. Накопители на компакт-дисках
- •9.8. Магнитооптические диски
- •9.9. Стримеры
- •9.10. Дигитайзеры
- •9.11. Плоттеры
- •9.12 Видеобластеры
- •9.13. Звуковые платы
- •9.14. Акустические системы
- •9.15. Трекболы
- •9.16 Джойстики
- •9.17. Источники бесперебойного питания.
- •Оглавление
6.3.3. Устройства архивирования информации
Для резервирования информации обычно используется магнитная лента.
В настоящее время в большинстве систем накопители на магнитных лентах (НМЛ) обычно подсоединяются к компьютеру с помощью шины SCSI. Часто к этой же шине подсоединяются и дисковые накопители.
Наиболее популярным в настоящее время являются НМЛ с 8 и 4 мм цифровой аудио-лентой (DAT), использующие технологию спирального сканирования. В отличие от традиционных НМЛ со стационарными головками и ограниченным числом дорожек, эти устройства осуществляют чтение и запись данных на медленно двигающуюся магнитную ленту с помощью головок, размещаемых на быстро вращающемся барабане. При этом дорожки пересекают ленту с края на край и расположены под небольшим углом к направлению, перпендикулярному направлению движения ленты. Иногда данную технологию называют поперечной записью. На сегодняшний день подобные устройства дают наивысшую поверхностную плотность записи. Устройства DAT записывают данные на 4 мм ленту с плотностью 114 мегабит на дюйм, что близко к теоретическому пределу плотности записи. Дальнейшее ее увеличение требует смены типа носителя или использования технологии сжатия данных.
На сегодняшний день продолжают использоваться и старые типы катушечных НМЛ, которые используют стандартную магнитную ленту шириной 0.5 дюйма. Они главным образом применяются для обмена информацией со старыми ЭВМ и поддерживают плотность записи 6250, 1600 и 800 бит на дюйм.
Наиболее популярными в течение многих лет были 150-250 Мб картриджи QIC с лентой шириной 1/4 дюйма. В настоящее время существует 10 производственных стандартов для картриджей конструктива 5.25" и 9 стандартов мини-картриджей конструктива 3.5". В мае 1994 года появился новый формат для записи 2 Гбайт (без сжатия) на микрокартридже QIC-153 c барий-ферритовой лентой длиной 400 футов. QIC-картриджи вмещают до 1200 футов магнитной ленты, при этом данные записываются на дорожках, расположенных вдоль ленты. Число дорожек может достигать 48. В зависимости от формата (QIC-40, QIC-80, QIC-3GB(M) и т.д.) мини-картриджи имеют емкость (без сжатия) от 40 Мбайт до 3 и более Гбайт. Картриджи наибольшей емкости позволяют записать до 13 Гбайт данных. В настоящее время наблюдается рост числа накопителей QIC с картриджами емкостью до 5 Гбайт и форматом записи 5GB(M). В 1995 году ожидается появление накопителей QIC формата 25 Мбайт с постоянной скоростью передачи 2.4 Мбайт/с. Такие системы составят серьезную конкуренцию 8 мм накопителям типа Exabyte, которые сейчас доминируют на рынке систем хранения большой емкости.
Одним из сравнительно новых направлений в области резервного копирования является появление устройств ленточных массивов (аналогичных дисковым массивам), используемых главным образом в системах высокой готовности.
7. Многопроцессорные и многомашинные системы
Любая вычислительная система достигает своей наивысшей производительности благодаря использованию высокоскоростных элементов и параллельному выполнению большого числа операций.
7.1. Классификация эвм параллельной обработки
Параллельные ЭВМ часто подразделяются по классификации Флинна на машины типа SIMD (Single Instruction Multiple Data – с одним потоком команд при множественном потоке данных) и MIMD (Multiple Instruction Multiple Data - с множественным потоком команд при множественном потоке данных). Как и любая другая, приведенная выше классификация несовершенна: существуют машины прямо в нее не попадающие, имеются также важные признаки, которые в этой классификации не учтены.
Различие понятий многомашинной (ММС) и многопроцессорной (МПС) систем поясняет рис.7.1. ММС содержит несколько ЭВМ, каждая из которых имеет свою ОП и работает под управлением своей операционной системы, а также средства обмена информацией между машинами. Реализация обмена информацией происходит, в конечном счете, путем взаимодействия операционных систем машин между собой. Это ухудшает динамические характеристики процессов межмашинного обмена данными. Применение многомашинных систем позволяет повысить надежность вычислительных комплексов. При отказе в одной машине обработку данных может продолжать другая машина комплекса. Однако можно заметить, что при этом оборудование комплекса недостаточно эффективно используется для этой цели. Достаточно в системе, изображенной на рис.7.1, в каждой ЭВМ выйти из строя по одному устройству (даже разных типов), как вся система становится неработоспособной.
Рисунок 7.1
Многомашинные (а) и многопроцессорные (б) системы
Этих недостатков лишены многопроцессорные системы. В таких системах (рис. 7.1,б) процессоры обретают статус рядовых агрегатов вычислительной системы, которые подобно другим агрегатам, таким, как модули памяти, каналы, периферийные устройства, включаются в состав системы в нужном количестве.
Вычислительная система называется многопроцессорной, если она содержит несколько процессоров, работающих с общей ОП (общее поле оперативной памяти) и управляется одной общей операционной системой. Часто в МПС организуется общее поле внешней памяти.
Можно выделить четыре основных типа архитектуры систем параллельной обработки:
1) Конвейерная и векторная обработка.
Основу конвейерной обработки составляет раздельное выполнение некоторой операции в несколько этапов с передачей данных одного этапа следующему. Производительность при этом возрастает благодаря тому, что одновременно на различных ступенях конвейера выполняются несколько операций. Конвейеризация эффективна только тогда, когда загрузка конвейера близка к полной, а скорость подачи новых операндов соответствует максимальной производительности конвейера. Если происходит задержка, то параллельно будет выполняться меньше операций и суммарная производительность снизится. Векторные операции обеспечивают полную загрузку вычислительного конвейера.
При выполнении векторной команды одна и та же операция применяется ко всем элементам вектора. Для настройки конвейера на выполнение конкретной операции может потребоваться некоторое установочное время, однако затем операнды могут поступать в конвейер с максимальной скоростью, допускаемой возможностями памяти. Главный принцип вычислений на векторной машине состоит в выполнении некоторой элементарной операции, которая должна многократно применяться к некоторому блоку данных.
2) Машины типа SIMD.
Состоят из большого числа идентичных процессорных элементов, имеющих собственную память. Все процессорные элементы выполняют одну и ту же программу. В отличие от машин первого типа, это универсальные программируемые ЭВМ, так что задача, решаемая параллельно, может быть достаточно сложной и содержать ветвления. Модели (1) и (2) схожи, и часто обсуждаются как эквивалентные.
3) Машины типа MIMD (мультипроцессор).
В машинах данного типа каждый процессорный элемент (ПЭ) выполняет свою программу достаточно независимо от других процессорных элементов. Процессорные элементы, конечно, должны как-то связываться друг с другом, что делает необходимым более подробную классификацию машин типа MIMD. В мультипроцессорах с общей памятью (сильно связанных мультипроцессорах) имеется память, доступная всем ПЭ. С общей памятью ПЭ связываются с помощью сети обмена. Слабосвязанные многопроцессорные системы – машины с локальной памятью, связанные с помощью сети обмена.
4) Многопроцессорные машины с SIMD-процессорами.
Представляют собой многопроцессорные системы, в которых в качестве процессоров используются процессоры типов 1 и 2.
Особенностью многопроцессорной системы является сеть обмена, с помощью которой процессоры соединяются друг с другом или с памятью. От модели обмена зависят многие характеристики производительности. Основные модели сети: 1) основана на передаче сообщений, 2)на использовании общей памяти. Обмен 2)часто реализуется по принципу взаимно исключающего доступа к общей памяти методом "почтового ящика".
В архитектурах с локальной памятью разделение памяти невозможно. Процессоры получают доступ к данным через сети обмена. Эффективность сети обмена зависит от протоколов обмена, пропускной способности памяти и каналов обмена.
Существующие MIMD-машины делятся на два класса в зависимости от количества объединяемых процессоров, которое определяет и способ организации памяти, и методику их межсоединений.
1) машины с общей (разделяемой) основной памятью, объединяющие до нескольких десятков (обычно менее 32) процессоров.
2) крупномасштабные системы с распределенной памятью.