12. Структура современных вычислительных систем

Вычислительная система — это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенного для подготовки и решения задач пользователей. Отличительной особенностью вычислительных систем по отношению к ЭВМ является наличие в них нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку.

Структура вычислительной системы представляет собой совокупность отдельных ее элементов и их взаимосвязь. В качестве элементов вычислительной системы выступают отдельные ЭВМ и процессоры.

В вычислительных системах, относящихся к классу больших систем, можно рассматривать структуры технических, программных средств, структуры управления и т.д.

Вычислительная система включает в себя:

• ЭВМ, которые делятся на супер-ЭВМ, микро-ЭВМ, мини-ЭВМ;

• центральный процессор (ЦП), который выполняет преобразование данных и осуществляет управление взаимодействием между всеми устройствами. ЦП состоит из центрального устройства управления, арифметико-логического устройства, внутренней памяти;

• программное обеспечение (ПО) — совокупность программ, процедур и правил и связанной с ними документации, позволяющей использовать ЭВМ для решения различных задач. ПО дает возможность модернизировать организацию работы вычислительной системы для максимального использования ее возможностей, улучшения производительности и повышения качества отдельных параметров; каналы ввода-вывода, необходимые для организации операций ввода-вывода, реализации всех двусторонних связей между оперативной памятью и процессором, между различными периферийными устройствами;

• устройства управления внешними устройствами (УУВУ), организующие управление периферийными устройствами при помощи селекторных и мультиплексных каналов ввода-вывода. УУВУ подразделяются на одиночные, которые реализуют работу одного внешнего устройства, и групповые, которые организуют работу нескольких однотипных устройств, при этом в конкретный момент времени они могут обслужить только одно внешнее устройство;

• периферийные устройства — внешние запоминающие устройства (ВЗУ), обеспечивающие возможность хранения больших объемов информации.

13. Память персонального компьютера

Реализация внутренней памяти ПК происходит с помощью набора микросхем на материнской плате. Она необходима для хранения различных данных и программ, с которыми работает процессор. Память состоит из ячеек, в которых хранятся компьютерные коды, отвечающие за конкретное значение данных или элемент программы. За каждой такой ячейкой закреплен уникальный адрес. Основные единицы измерения емкости памяти — килобайт, мегабайт, гигабайт и терабайт.

Помимо некоторых переменных данных, определяемых действиями процессора в настоящий момент, в памяти должны храниться некоторые стандартные программы и данные (например, как выполнить конкретную операцию).

Проблема, связанная с хранением различных типов информации и бесперебойным функционированием системы, обусловливает необходимость использования различных видов внутренней памяти: оперативной, постоянной и кэш-памяти.

Оперативная память (RAM — Random Access Memory — «память с произвольным доступом») необходима для хранения временной информации, изменение которой происходит в ходе выполнения процессором различных задач. Данный вид памяти отвечает за режимы записи, считывания и хранения информации, обеспечивает доступ к любой ячейке памяти в произвольный момент времени. Однако при выключении питания вся информация, находящаяся в оперативной памяти, стирается. Характерные ее черты — быстродействие и небольшой объем. Микросхемы оперативной памяти находятся на маленьких платах, которые помещаются в специальный разъем на системной плате.

Постоянная память (ROM — Read Only Memory — «память только для чтения») предназначена для длительного хранения информации. В ней содержатся основные системные программы, которые запускаются автоматически при включении системы. Эти программы отвечают за проверку исправности компьютера и первоначальную систему загрузки. Программы, находящиеся в постоянной памяти, нельзя изменять и дополнять, а можно только считывать и выполнять. В отличие от оперативной памяти, выключение питания не приводит к потере данных постоянной памяти.

Кэш-память используется для увеличения производительности компьютера. Данный вид является промежуточным запоминающим устройством (буфером). Благодаря использованию кэш-памяти можно сократить число обращений к жесткому диску для процессов чтения-записи. Существует два вида кэш-памяти — внутренняя, находящаяся внутри процессора, и внешняя, размещаемая на системной плате.