Функции процессора.

Минимальный набор операций, обеспечивающий решение любых задач называется алгоритмически полным. Алгоритмической полнотой обладаю многие системы, например система Поста:y:=0 ,y:=1,y?=0, Булева система:y:=a,y:=ab,y:=ab,y?=0

11.03.01 Лекция 5 Функции процессора

Функции процессора ограничиваются реализацией следующих процедур:

1. Выборка команды из ОП и операндов, указанных в адресной части команды.

2. Выполнение операции, заданной кодом операции, что сводится к выполнению: арифметических, логических операций, передачи команд на выполнение средствами ввода/вывода и формировании адреса следующей команды.

Обычно количество операций, реализуемых процессором, составляет от нескольких десятков, до 600-800 операций.

Программно реализуемые функции.

Используется четырехуровневая модель реализации функции:

4 Интерфейс ПП

3 Интерфейс ИС

2 Интерфейс ОС

1 ПАИ

ИПП

ИС

ОС

Аппаратура

ОС– это набор программных средств, обеспечивающих управление устройствами, программами, памятью, программами и так далее.

Обычно ОС реализует от нескольких сотен до нескольких тысяч макрокоманд, каждая их которых реализуется последовательностью команд. Управление командами сводится к поиску программы во внешней памяти, выделением области ОП для размещения программы, передачи сегментов программы в ОП и так далее, в том числе и инициирование программы. Тело ОС хранится во внешней памяти и только наиболее часто используемые программы, (макрооперации) размещаются в ОП. Инструментальная системаобслуживает программирование задач и управляет данными независимо от аппаратурных средств. Всостав инструментальной системывключены трансляторы, системы управления БД, табличная обработка данных. Инструментальная система (ИС) позволяет на основе программирования создавать любую программу, обеспечивающую функции любого должностного лица. Прикладные программы реализуют конечное назначение компьютера, то есть определяют состав и форму представления исходных данных и результатов.

2.Характеристики и классификация компьютера.

1. Характеристики компьютера.

Основными являются следующие характеристики:

1. ПАИ и интерфейсы прикладных программ.

2. Быстродействие и производительность.

3. Емкость памяти.

4. Надежность.

5. Стоимость.

Быстродействие определяется количеством операций, выполняемых за секунду процессором, памятью и так далее.

Производительность компьютеров оценивается временем решения совокупности задач..

Быстродействие и производительность – это характеристики вычислительной мощности компьютера.

Емкость память должна быть достаточна для размещения всей совокупности программ и данных. Память строится по многоуровневой схеме и емкость ОП наиболее существенно влияет на производительность компьютера.

Стоимость компьютера приблизительно составляет 10% от стоимости компьютера.

Надежность компьютера – это характеристика способности выполнять функции в течении заданного времени.

Работоспособность компьютера нарушается из – за отказа оборудования и программных средств.

Стоимость компьютера – это затраты на его приобретение, включающие в себя стоимость аппаратуры, программных средств, затраты на установку компьютера и передачу его в эксплуатацию.

Особенно важной является полная стоимость ПСВ, включающая в себя не только капиталовложения, но и эксплуатационные расходы (они обычно в 3-5 раз превышают капиталовложения).

2. ПАИ и интерфейсы прикладных программ.

Возможности аппаратурных средств всегда ограничены и их характеризует ПАИ.

Совокупность средств аппаратуры компьютера, влияющих на разработку программ называют архитектурой компьютера.

ОС строится на основе программных средств, обслуживающих периферийные устройства, память и управляющих задач.

ОС интерфейс прикладных программ, то есть системных операторов, используется для выполнения операций.

Все операторы…..

Производительность компьютерного оборудования существенно зависит от интерфейса ПП. Наиболее широко используется интерфейс API(applicationprograminter) – устанавливает интерфейс, который используется для доступа любых ПП к функциям ОС. Один из наиболее известных:API–POSIX, определяющий международный стандарт дляUNIXинтерфейсов.

Интерфейс включает в себя около 1200 макроопераций, реализуемых UNIXОС.

API– независимый от технологии машинный интерфейс, чаще всего называемый интерфейсомMI. Этот интерфейс включает в себя все макрооперации операционной системы компьютераAS/400 (1987 год) работающего по двух ступенчатой системе построения программ:

1. Генерация шаблонов программ.

2. Генераций кодов программ.

Компьютер генерирует сначала из исходного текста шаблон программы, который применим при любом ПАИ. Потом транслятор по шаблону генерирует двоичный код программ, ориентированный на ПАИ, при этом и шаблон и двоичный код программы хранятся в памяти одновременно, как и другие программные объекты, называемые отлаживаемой программой. Если изменяется аппаратура, то создается специальный транслятор, который преобразует шаблон программы в новый двоичный код. Основной недостаток прикладных интерфейсов – это отсутствие гибкости.

3. Быстродействие и производительность компьютера.

Оценка быстродействия и производительности компьютера сложная задача из-за отсутствия общепринятой меры вычислительной работы. Для оценки производительности используется система следующих показателей:

1. Номинальное быстродействие.

2. Комплексная производительность.

3. Системная производительность.

4. Индекс производительности.

Номинальное быстродействие (НБ) – это количество операций, выполняемых устройством за секунду. Если компьютер состоит из Nустройств, то НБ характеризуется:V=(V₁…..V_N)

V₁…V_N- среднее НБ устройств 1…N, входящих в состав компьютера.

Среднее быстродействие устройства вычисляется следующим образом: если устройство выполняет операции 1,…,Gза среднее время₁ …_G, то быстродействие:V_i=1/(p_i_i) оп/с, гдеp₁ …p_G- вероятность появления операции в смеси операций, выполняемых устройством.

Процессор обычно используется для коммерческих и научно – технических расчетов (обработка целых чисел и ЧПЗ), поэтому быстродействие процессора принято характеризовать двумя значениями:

1. Количество миллионов коротких операций, выполняемых за секунду (целочисленная арифметика). MIPS

2. количество миллионов операций над ЧПЗ, выполняемых за секунду. MFLOPS

НБ процессора, точнее системы «процессор - ОП» зависит от следующих факторов:

1. От быстродействия элементарной базы «процессор - ОП», то есть от времени переключения сигналов в интегральных схемах, то есть от минимального размера полупроводниковых элементов.

2. Структурная организация процессора направлена на выполнение обработки потока команд над данными (конвейерная обработка).

3. Архитектура компьютера, в первую очередь подсистемы команд процессора.

НБ характеризует только потенциальные возможности устройств, но не системную производительность.

Комплексная производительность.

Все устройства связаны с общими для них ресурсами. В этом случае, чтобы оценить влияние структурной организации компьютера на его производительность используются оценки комплексной производительности. Если комплексная производительность какого то устройства равна V₀, тоV_i V₀ гдеV_i-НБ

Пример зависимости быстродействия процессора V₁от интенсивности ввода/вывода₂:

V₁

₂ слов/с

₂’₂”₂

Таким образом комплексная производительность всегда меньше значений, определяемых номинальным быстродействием устройства.

Системная производительность.

СП –это количество вычислительной работы, выполняемой компьютером, работающим под управлением ОС за единицу времени.

СП принято определять для каждого конкретного применения (научно – технического, коммерческого и так далее) или на стандартных наборах задач и оценивать временем выполнения набора задач.