Понятие архитектуры вычислительной системы (вс), история и тенденции развития архитектуры вс.

Майерс предложил следующую формулировку этого термина: "Архитектура ЭВМ — это абстрактное представления или определение физической системы (микропрограммы и комплекса аппаратных средств) с точки зрения программиста, разра­батывающего программы на машинно-ориентированном языке, или разработчика компиля­тора. Она определяет принципы организации вычислительной системы и функции процессо­ра и не отражает такие проблемы, как управление и передача данных внутри процессора, конструктивные особенности логических схем и специфика технологии их производства".

Термин архитектура компьютерной системы (или компьютера) относится к тем характеристикам системы, которые доступны извне, т.е. со стороны про­граммы, или, с другой точки зрения, оказывают непосредственное влияние на логику выполнения программы.. Под термином структурная организация компьютерной системы подразумевается совокупность операционных блоков (устройств) и их взаимосвязей, обеспечивающая реализацию спецификаций, за­данных архитектурой компьютера. В число характеристик архитектуры входят набор машинных команд, формат разрядной сетки для представления данных разных типов, механизм обращения к средствам ввода-вывода и метод адресации памяти. Характеристики структурной организаций включают скрытые от про­граммиста детали аппаратной реализации системы - управляющие сигналы, аппаратный интерфейс между компьютером и периферийным оборудованием, технологию функционирования памяти.

Например, вопрос о том, следует ли в набор машинных команд включить команду умножения, относится к компетенции специалиста, разрабатывающего архитектуру компьютера, а вопрос, как организовать выполнение команды ум­ножения — с помощью специальной матричной схемы или с помощью много­кратного обращения к блоку суммирования — должен решать специалист по структурной организации. Он принимает решение на основании имеющейся информации о частоте выполнения команд умножения в той области применения, для которой проектируется система, соотношении между времена­ми выполнения команды в альтернативных вариантах реализации, стоимости соответствующих средств и их физических размерах.

История развития вычислительной техники и современная практика проек­тирования компьютерных систем свидетельствуют о том, что разделение между структурной организацией и архитектурой имеет отнюдь не академический ин­терес. Многие фирмы — производители компьютерного оборудования предлага­ют на рынках целые семейства компьютеров, все члены которого имеют единую архитектуру, но отличаются структурной организацией. В результате разные модели семейства имеют разную цену и производительность. Опыт разработки семейств компьютеров показал, что архитектура может быть довольно консерва­тивной и сохраняться на протяжении длительного времени, в то время как структурная организация быстро изменяется вслед за изменениями в технологии производства отдельных компонентов системы. Прекрасным примером тому мо­жет служить история семейства IВМ System/370. Первые несколько моделей компьютеров с этой архитектурой появились в 1970 г. Пользователей с относи­тельно скромными потребностями могла вполне удовлетворить довольно дешевая модель с невысоким быстродействием, а затем, когда "появлялся аппетит", они могли рассчитывать на обновление компьютерного парка и сохранение при этом всего наработанного ранее фонда программного обеспечения. В течение после­дующего десятилетия фирма IВМ выпустила еще несколько моделей компьюте­ров с той же архитектурой, в которых использовалась более совершенная и ме­нее дорогая элементная база, новые типы периферийных устройств и другие усо­вершенствования. В результате, по сравнению с первыми моделями, значительно возросла производительность при одновременном снижении цены, и в то же время была сохранена преемственность. Следует отметить, что архитектура IВМ System/370 выжила и по сей день используется в производстве больших компьютерных систем фирмы IВМ.

В классе систем, которые получили название микрокомпьютеры, связь ме­жду архитектурой и структурной организацией очень тесная. Изменения в тех­нологии производства интегральных микросхем влияют не только на структуру такого компьютера, но понуждают разработчиков создавать более мощную в функциональном смысле архитектуру. В общем случае для машин этого класса не так сильны требования к преемственности программного обеспечения на уровне машинных команд компьютеров разных поколений. В результате появ­ляется больше возможностей "игры на параметрах" при принятии решений, от­носящихся к увязке структурной организации и архитектуры. Характерным примером является появление на рынке так называемых компьютеров с сокра­щенным набором команд —RISC-компьютеров (Reduced instruction set computer) , которые мы будем с Вами рассматривать в дальнейшем.