Информатика / Тема-2_Лк-3

1 АРХИТЕКТУРА И КЛАССИФИКАЦИЯ ВС

1.1Классификация компьютеров по сферам применения

1.2Классификация ВС

1.3Многопроцессорные ВС

1.4Архитектура ВС

1.5 Классификация архитектур ЭВМ по признакам наличия параллелизма в потоках команд и данных

2 ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПЭВМ

2.1Системный блок

2.2Внешние устройства. Устройства ввода

2.3Внешние устройства. Устройства вывода

2.4Устройства соединения компьютеров в сеть

Типовой расчет / Реферат

1.1Классификация компьютеров по сферам применения

Сучетом области применения, особенностей решаемых задач используют компьютеры различной производительности.

Классы компьютеров

1. Суперкомпьютеры Производительность — свыше 100 млн. опрераций в секунду

предсказания погоды, климата и глобальных изменений в атмосфере; науки о материалах; структурная биология;

разработка фармацевтических препаратов; генетика;

астрономия; транспортные задачи; гидро- и газодинамика; геоинформационные системы; разведка недр;

наука о мировом океане; распознавание и синтез речи; распознавание изображений.

2. Мэйнфреймы Производительность — 10 - 100 млн. операций в секунду

3. Микрокомпьютеры Производительность — до 10 млн. опрераций в секунду

Стационарные и переносные

1.2Классификация вычислительных систем

1.По назначению ВС делятся на универсальные и специализированные.

Универсальные ВС предназначаются для решения самых различных задач (например, персональные компьютеры). Специализированные ВС ориентированы на решение узкого класса задач (например, контроллер, управляющий двигателем автомобиля).

2. По типу ВС различаются на многомашинные и многопроцессорные ВС.

Многомашинные ВС (ММС) появились исторически первыми. При использовании ЭВМ первых поколений возникали задачи повышения производительности, надёжности и достоверности вычислений.

3. По типу ЭВМ или процессоров, используемых для построения ВС, различают однородные и неоднородные системы.

В однородных системах значительно упрощаются разработка и обслуживание технических и программных средств. В неоднородных ВС элементы очень сильно отличаются по своим техническим и функциональным характеристикам. Обычно это

связано с необходимостью параллельного выполнения многофункциональной обработки.

4. По степени территориальной разобщённости вычислительных модулей ВС делят на системы совмещённого (сосредоточенного) и распределённого (разобщённого)

типов.

Многопроцессорные системы относятся к системам совмещённого типа. Совмещённые и распределённые МВС сильно различаются оперативностью взаимодействия в зависимости от удалённости ЭВМ.

5. По методам управления элементами ВС различают централизированные и со смешанным управлением .

Помимо параллельных вычислений, производимых элементами системы, необходимы ресурсы на обеспечение управления этими вычислениями. В централизированных ВС за это отвечает главная, или диспетчерская, ЭВМ (процессор). В децентрализированных системах функции управления распределены между её элементами. В системах со смешанным

управлением совмещаются процедуры централизированного и децентрализированного управления.

6. По принципу закрепления вычислительных функций за отдельными ЭВМ различают системы с жёстким и плавающим закреплением функций.

7. По режиму работы ВС различают системы, работающие в оперативном неоперативном временных режимах.

1.3 Многопроцессорные вычислительные системы

Сфера применения многопроцессорных вычислительных систем (МВС) непрерывно расширяется: наука, бизнес и производство.

Растет потребность в построении централизованных вычислительных систем для критически важных приложений, связанных с обработкой транзакций, управлением базами данных и обслуживанием телекоммуникаций.

Две основные сферы применения описываемых систем:

1) обработка транзакций в режиме реального времени (OLTP, on-line transaction processing) ;

2) создание хранилищ данных для организации систем поддержки принятия решений.

Система для глобальных корпоративных вычислений — это централизованная система, с которой работают практически все пользователи в корпорации; она должна все время находиться в рабочем состоянии.

Высокопроизводительные системы для глобальных корпоративных вычислений должны отличаться такими характеристиками как повышенная производительность, масштабируемость, минимально допустимое время простоя.

1.4 Архитектура вычислительных систем (1)

Архитектура ВС – совокупность характеристик и параметров, определяющих функционально-логическую и структурную организацию системы.

Понятие архитектуры охватывает наиболее существенные для пользователя общие принципы построения

ифункционирования, а не детали технического исполнения.

1)Принцип программного управления. Обеспечивает автоматизацию процесса вычислений на ЭВМ. Согласно этому принципу, для решения каждой задачи составляется программа, которая определяет последовательность действий компьютера. Эффективность программного управления будет выше при решении задачи этой же программой много раз (хотя и с разными начальными данными).

2)Принцип программы, сохраняемой в памяти.

Команды программы подаются, как и данные, в виде чисел и обрабатываются так же, как и числа, а сама программа перед выполнением загружается в оперативную память, что ускоряет процесс ее выполнения.

3) Принцип произвольного доступа к памяти.

В соответствии с этим принципом, элементы программ и данных могут записываться в произвольное место оперативной памяти, что позволяет обратиться по любому заданному адресу (к конкретному участку памяти) без просмотра предыдущих.

Архитектура компьютера с общей и локальной шиной

1.4 Архитектура вычислительных систем (2)

Машина фон Неймана

(совместное хранение данных и команд в памяти компьютера)

1.4 Архитектура вычислительных систем (3) Машина фон Неймана

Принцип однородности памяти

Команды и данные хранятся в одной и той же памяти и внешне в памяти неразличимы. Распознать их можно только по способу использования. Это позволяет производить над командами те же операции, что и над числами.

Принцип адресности

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек, причем процессору в произвольный момент доступна любая ячейка. Двоичные коды команд и данных разделяются на единицы информации, называемые словами, и хранятся в ячейках памяти, а для доступа к ним используются номера соответствующих ячеек — адреса.

Принцип программного управления

Все вычисления, предусмотренные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов - команд. Каждая команда предписывает некоторую операцию из набора операций, реализуемых вычислительной машиной. Команды программы хранятся в последовательных ячейках памяти вычислительной машины и выполняются в естественной последовательности, то есть в порядке их положения в программе. При необходимости, с помощью специальных команд, эта последовательность может быть изменена.

Принцип двоичного кодирования

Согласно этому принципу данные и команды, кодируются двоичными цифрами 0 и 1. Данные и команды представляются двоичными последовательностями в своих форматах.

1.4 Архитектура вычислительных систем (4)

Архитектура персонального компьютера

Основные типы архитектур центральных процессоров:

1)полная система команд переменной длины (Complex Instruction Set Computer - CISC);

2)сокращенный набор команд фиксированной длины (Reduced Instruction Set Computer - RISC)

1.5 Классификация архитектур ЭВМ

по признакам наличия параллелизма в потоках команд и данных

Архитектурные признаки высокопроизводительных ВС.

По мере своего развития вычислительные системы стали отходить от принципов фон Неймана. Появилась параллельная обработка команд, при их

подготовке к выполнению и параллельная обработка данных.

Классификация Флинна

Общая классификация архитектур ЭВМ по признакам наличия параллелизма в потоках команд и данных была предложена в 70-е годы Майклом Флинном (Michael Flynn). Все разнообразие архитектур ЭВМ в этой таксономии Флинна сводится к четырем классам:

1)ОКОД — Вычислительная система с одиночным потоком команд и одиночным потоком данных

(SISD, Single Instruction stream over a Single Data stream).

2)ОКМД — Вычислительная система с одиночным потоком команд и множественным потоком данных (SIMD, Single Instruction, Multiple Data).

3)МКОД — Вычислительная система со множественным потоком команд и одиночным потоком данных

(MISD, Multiple Instruction Single Data).

4)МКМД — Вычислительная система со множественным потоком команд и множественным потоком данных (MIMD, Multiple Instruction Multiple Data).

2.1 Системный блок ПЭВМ

Системный блок — корпус и находящиеся в нем основные функциональные компоненты персонального компьютера. Системный блок содержит следующие узлы:

1. Системная (материнская) плата, на которой расположены:

-процессор (ЦП, CPU - Central Processing Unit),

-модули оперативной памяти (ОЗУ, Random Access Memory – RAM),

-общая шина (3 основных шины: шина адреса, шина данных, шина управления),

-микросхема ПЗУ и система BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода / вывода),

-энергонезависимая память ППЗУ (автономное питание от батарейки; системные часы; взаимодействие с BIOS,

-чипсет (микросхемы микропроцессорного комплекта),

-шинные интерфейсы.

2. Устройства хранения данных

магнитные: Hard Disk Drive - HDD,

оптические: Compact Disc — CD, Digital Versatile Disc — DVD, Blu-Ray, флэш-память (ППЗУ): USB-flash, Flash-карты (Compact Flash – CF, Secure Digital – SD,

Multimedia Card – MMC, xD и др.

3.Видеоадаптер(ы)

4.Звуковая карта

5.Устройства обмена данными (сетевая карта)

6.Разъемы для подключения внешних устройств (клавиаткра, мышь, монитор и др.)

7.Система охлаждения

8. Корпус и блок питания