Классификация средств эвт (Електроно вычислительная техника)

Традиционная ЭВТ подразделяется на аналоговую и цифровую

В аналоговых вычислительных машинах (АВМ) обрабатываемая информация представляется соответственными значениями аналоговых величин: Электрическое напряжение тока, угла поворота какого то механизма и т.д.

Эти машины обеспечивают высокое быстро действие но не могут обеспечить высокой точности (0.1-1%) Они используются главным образом цепях преобразования сигналов и в качестве специализированных вычислительных машин

В числовых вычислительных машинах (ЭВМ) информация представляется в виде двоичных чисел.

Преимущество цифровой вычислительной техники :

1 сколько угода высокая точность

2 стабильность параметров

3 возможность гибко изменять параметры и алгоритмы вычисления

4 возможность выполнения любых математических операций

5 высокая помеха защищенность

Поэтому цифровая вычислительная техника получила само массовое распространение

Выделяют 3 глобальные сферы деятельности человека которые требуют использования качественно разных типов ЭВМ

1. применение ЭВМ для автоматизации

2. использование ЭВМ в системах ЭВМ

3. применение ЭВМ для решения задач искусственного интеллекта

3.1работотехники

3.2машиной обработки текстов (в частности перевод текстов на разные языки)

3.3 составление прогнозов и т.д.

Существуют 5 классов эвм :

1. Супер ЭВМ предназначены для решения крупномасштабных вычислительных задач и обслуживания наибольших информационных баз данных

2. Большие ЭВМ применяются в ведомственных территориальных и региональных вычислительных центрах

3. Средние ЭВМ широкого назначения для управления сложными производственными процессами. ЭВМ этого класса могут использоваться также для управления распределенной обработкой информации как сетевые серверы

4. Персональный и профессиональный ЭВМ на базе этого класса ЭВМ строятся автоматизированные рабочие места для специалистов разного уровня

5. Встраиваемые микро процессоры применяются для автоматизации управления определенными устройствами и механизмами

Общие принципы построения эвм

Основными принципами построения ЭВМ является программное управление в его лежит представление алгоритма решения какой либо задачи в виде программных вычислений.

Алгоритм это конечный набор команд который определяет решение задачи с помощью определенной последовательности операций.

Программа это упорядоченная последовательность команд которая подлежит обработке. Логическую организацию ЭВМ предложил математик Джон фон Нейман в 1945г. Данная архитектура является базовой практически для всех классов ЭВМ не зависимо от их элементной базы.

Архитектура фон Неймана (пристанская) предусматривает 5 базовых компонентов:

- Центральная арифметика логическое устройство (АЛУ)

- Центральное управление устройств (УУ)

- Запоминающее устройство (ЗУ)

- Устройство ввода информации

- Устройство вывода информации

Арифметика логическое устройство управления объединен в центральны процессор.

Все вычисления предусмотрены алгоритмом решения задачи должны бить представлены в виде программы которая состоит из последовательности управляющих слов команд.

Каждая команда содержит указание на конкретную выполняемую операцию, место расположения (адреса) операндов, и ряд служебных признаков.

Операнды это переменные значения которых принимают участия в операциях преобразования данных.

По мере развития ЭВМ ее базовая структура дополняется и преобразовывается.

Развитие происходит по 3 основным направлениям:

- модульность построения

- децентрализация, иерархия управления

- построения запоминающих устройств.

Модульность построения предусматривает в структуре ЭВМ автономных функциональных и конструктивно законченных устройств (процессор, модуль памяти, жесткий диск, и т. д.)

Децентрализация предполагает разделение задач управления между центральным процессором и вспомогательными процессорами (контролерами) с целью повышения быстродействия.

Децентрализация управления предполагает иерархическую организацию структуры ЭВМ. При этом инициализация работы контролеров отдельных модулей обеспечивается по командам центрального процессора после чего они продолжают работу по собственным управляющим программам.

Результаты выполнения необходимых операций представляются ими вверх по иерархии для правильной координации всех работ.

Иерархический принцип построения и управления характерен не только для структуры ЭВМ в целом но и для отдельных ее под систем.

Например:

по этому же принципу строится система памяти ЭВМ

КЕШ- память

ОЗУ- оперативное запоминающие устройство

ПЗУ- постоянное запоминающие устройство

Многоуровневая структура памяти построена таким образом что каждый следующий уровень расположенный ниже по иерархии имеет большой объем и меньшую скорость доступа

по сравнению с предыдущим.

Самой быстрой и не большой по объёму является КЕШ память. КЕШ память так же состоит из нескольких уровней

В универсальном процессоре в настоящее время число уровней КЕША достигает 3. Организация уровней в КЕШ памяти осуществляется по такому же принципу как и у всей памяти ЭВМ: каждый следующий уровень больше и медленнее.

Уровни:

-Самой быстрой памятью является КЕШ 1уровня L1-cache эта память расположена внутри кристалла процессора и является его неотъемлемой частью. В современных процессорах КЕШ Л1 обычно разделён на 2 адресных пространства: команд и данных(гарвардская архитектура)

КЕШ л1 работает на чистоте процессора и обращение к нему может производить каждый такт.

Часто является возможным выполнение нескольких операций, чтение записей- одно временно.

Латентность доступа обычно равна 2-4 тактам ядра.

Объем обычно не превышает 128 Кб

- 2 уровень по быстроте является КЕШ 2 уровня L2-cache. В новых процессорах он также как L1 расположен внутри кристалла . Объем L2-cache составляет от 128Кб до 124Мб. В современных много ядерных процессорах КЕШ 2 уровня является памятью раздельного пользования: его общий объём равномерно разделяется по ядрам процессора.

- Кеш 3 уровня L3-cache медленнее чем L1 L2 но все равно значительно быстрее чем оперативная память. Его объём составляет более 24Кб. В много процессорных системах КЕШ L3 обычно находится в общем пользовании и предназначен для синхронизации данных находящихся в L2 разных процессоров.

-Иногда существует 4 уровень КЕША расположенный в отдельной микросхеме его применение оправдано только для высоко производительных серверов и различных много процессорных вычислительных систем.

Существует 3 варианта обмена информацией между КЕШ памятью различных уровней КЕШ архитектуры:

инклюзивная

эксклюзивная

не эксклюзивная

1) Инклюзивная архитектура предусматривает дублирование информации КЕША верхнего уровня в нижний (предпочитает фирма Интел)

2) Эксклюзивная архитектура предлагает уникальность информации находящейся в разных уровнях КЕША ( предлагает АМВ)

3) Не эксклюзивная КЕШЫ ведут себя как угодно