Архитектура ЭВМ и систем Ст преподаватель Крепышев Дмитрий

Архитектура ЭВМ и систем Ст. преподаватель Крепышев Дмитрий Александрович

Литература Лойко В. И. , Барановская Т. П. и д. р. Архитектура компьютерных систем и сетей, М. : Финансы и статистика, 2003 г. Таненбаум Э Архитектура компьютера, С. Петербург, 2007 г.

Вопросы лекции: 1. 2. 3. 4. 5. Архитектура ЭВМ. Основные характеристики ЭВМ. Классификация ЭВМ. Технические и эксплуатационные характеристики ЭВМ. Области применения ЭВМ различных классов.

Архитектура ЭВМ • Электронная вычислительная машина - комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач пользователей. • Пользователь человек, в интересах которого проводится обработка данных на ЭВМ. В качестве пользователя могут выступать заказчики вычислительных работ, программисты, операторы.

Архитектура ЭВМ Цифровой компьютер — это машина, которая может решать задачи, выполняя данные ей команды. Программа - последовательность команд, описывающих решение определенной задачи.

Архитектура ЭВМ • Архитектура ЭВМ - это многоуровневая иерархия аппаратно-программных средств, из которых строится ЭВМ. • Каждый из уровней допускает многовариантное построение и применение. • Конкретная реализация уровней определяет особенности структурного построения ЭВМ.

Основные характеристики ЭВМ. технические и эксплуатационные характеристики ЭВМ; характеристики и состав функциональных модулей базовой конфигурации ЭВМ; возможность расширения состава технических и программных средств; возможность изменения структуры; состав программного обеспечения ЭВМ и сервисных услуг

Основные характеристики ЭВМ. • технические и эксплуатационные характеристики ЭВМ: – быстродействие, которое характеризуется числом команд, выполняемых ЭВМ за одну секунду • средним быстродействием ЭВМ, (в состав команд ЭВМ включаются операции, различные по длительности выполнения и по вероятности их использования); • предельным (для самых “коротких” операций типа “регистр-регистр”)

Основные характеристики ЭВМ. • производительность -объем работ, осуществляемых ЭВМ в единицу времени. • Относительные характеристики производительности - фирма Intel для оценки процессоров предложила тест, получивший название индекс i. COMP (Intel Comparative Microprocessor Performance). • При его определении учитываются четыре главных аспекта производительности: – – работа с целыми числами, с плавающей точкой, графикой видео. Данные имеют 16 - и 32 -разрядное представление. • Каждый из восьми параметров при вычислении участвует со своим весовым коэффициентом, определяемым по усредненному соотношению между этими операциями в реальных задачах. • FLOPS (акроним от англ. Floating point Operations Per Second, произносится как флопс) — величина, используемая для измерения производительности компьютеров, показывающая, сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет данная вычислительная система.

Основные характеристики ЭВМ. • Надежность - это способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени (стандарт ISO (Международная организация стандартов) 23 82/14 -78). • Способы повышения надежности – Переход на новую элементную базу - сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) резко сокращает число используемых интегральных схем, а значит, и число их соединений друг с другом. – Хорошо продуманы компоновка компьютера и обеспечение требуемых режимов работы (охлаждение, защита от пыли). – Модульный принцип построения позволяет легко проверять и контролировать работу всех устройств, проводить диагностику и устранение неисправностей.

Основные характеристики ЭВМ. • Точность - возможность различать почти равные значения (стандарт ISO - 2382/2 -76). • Точность получения результатов обработки в основном определяется разрядностью ЭВМ, а также используемыми структурными единицами представления информации (байтом, словом, двойным словом). • Во многих применениях ЭВМ не требуется большой точности, например, при обрабатывании текстов и документов, при управлении технологическими процессами. В этом случае достаточно использовать 8 -и, 16 - разрядные двоичные коды. • При выполнении сложных расчетов требуется использовать более высокую разрядность (32, 64 и более). Поэтому все современные ЭВМ имеют возможность работы с 16 - и 32 разрядными машинными словами

Основные характеристики ЭВМ. • Достоверность - свойство информации быть правильно воспринятой. • Достоверность характеризуется вероятностью получения безошибочных результатов. Заданный уровень достоверности обеспечивается аппаратурно-программными средствами контроля самой ЭВМ. • Возможны методы контроля достоверности путем решения эталонных задач и повторных расчетов. В особо ответственных случаях проводятся контрольные решения на других ЭВМ и сравнение результатов.

Классификация ЭВМ. по назначению: Калькулятор Консольный компьютер Миникомпьютер Мэйнфрейм Персональный компьютер Рабочая станция Сервер Суперкомпьютер

Классификация ЭВМ. • По системам счисления: – двоичные; – троичные; – десятичные. • По элементной основе – релейные – ламповые – Ферритдиодные (импульсный элемент выполненный на одном или нескольких кольцевых ферритовых сердечниках с прямоугольной петлей гистерезиса и полупроводниковом диоде) – Транзисторные дискретные – транзисторные интегральные

Классификация ЭВМ. по физической реализации: Квантовый компьютер; Механический компьютер; Оптический компьютер; Пневматический компьютер; Электронный компьютер; Биологический компьютер.

Классификация ЭВМ. • по способностям – специализированные устройства, умеющие выполнять только одну функцию (например, Антикитерский механизм 87 год до н. э. ); – устройства специального назначения, которые могут выполнять ограниченный диапазон функций (первая разностная машина Чарльза Бэббиджа и разнообразные дифференциальные анализаторы); – устройства общего назначения, используемые сегодня. Название компьютер применяется, как правило, именно к машинам общего назначения.

Области применения ЭВМ различных классов. • Калькулятор Электронное вычислительное устройство для выполнения операций над числами или алгебраическими формулами. • В настоящее время калькуляторы являются электронными устройствами. В прошлом для математических вычислений использовались абаки, счёты, математические таблицы (особенно таблицы логарифмов), логарифмические линейки и механические или электромеханические арифмометры.

Области применения ЭВМ различных классов. • Консо льный компью тер — компьютер, выполняющий подготовительные действия, необходимые для запуска основной компьютерной системы. Такие функции могут выноситься на отдельную машину при создании «больших» компьютерных систем, например, суперкомпьютеров. • С консольного компьютера, как правило, выполняется мониторинг состояния элементов и узлов главной компьютерной системы, на нём же хранится конфигурационная информация и служебные утилиты, применяемые для обслуживания и настройки основного компьютера.

Области применения ЭВМ различных классов. • Миникомпью тер — термин, распространённый в 1960— 1980 -х гг. , относящийся к классу компьютеров, размеры которых варьировались от шкафа до небольшой комнаты. С конца 1980 -х годов полностью вытеснены персональными компьютерами, называвшимися «микрокомпьютеры» в рамках старой классификации.

Области применения ЭВМ различных классов. • Мейнфре йм (от англ. mainframe) — данный термин имеет два основных значения. – Большая универсальная ЭВМ — высокопроизводительный компьютер со значительным объёмом оперативной и внешней памяти, предназначенный для организации централизованных хранилищ данных большой ёмкости и выполнения интенсивных вычислительных работ. – Компьютер c архитектурой IBM System/360, 370, 390, z. Series.

Области применения ЭВМ различных классов. • Персона льный компью тер — компьютер (вычислительная машина), предназначенный для личного использования, цена, размеры и возможности которого удовлетворяют запросам большого количества людей. Созданный как вычислительная машина, компьютер, тем не менее, всё чаще используется как инструмент доступа в компьютерные сети. В активное употребление термин был введён в конце 1970 -х годов компанией Apple Computer для своего компьютера Apple II и впоследствии перенесён на компьютеры IBM PC. Некоторое время персональным компьютером называли любую машину, использующую процессоры Intel и работающую под управлением операционных систем DOS, OS/2 и первых версий Microsoft Windows.

Области применения ЭВМ различных классов. • Рабо чая ста нция — комплекс технических и программных средств, предназначенных для решения определенного круга задач. Также термином «рабочая станция» обозначают компьютер в составе локальной вычислительной сети (ЛВС) по отношению к серверу. Компьютеры в локальной сети подразделяются на: 1) рабочие станции; 2) серверы. На рабочих станциях пользователи решают прикладные задачи (работают в базах данных, создают документы, делают расчеты). Сервер обслуживает сеть и предоставляет собственные ресурсы всей сети.

Области применения ЭВМ различных классов. • Суперкомпьютер • В общеупотребительный лексикон термин «суперкомпьютер» вошёл благодаря распространённости компьютерных систем Сеймура Крея, таких как, Control Data 6600, Control Data 7600, Cray-1, Cray-2, Cray-3 и Cray-4. Сеймур Крей разрабатывал вычислительные машины, которые по сути становились основными вычислительными средствами правительственных, промышленных и академических научно-технических проектов США с середины 60 -х годов до 1996 года. Не случайно в то время одним из популярных определений суперкомпьютера было следующее: — «любой компьютер, который создал Сеймур Крей» . Сам Крей никогда не называл свои детища суперкомпьютерами, предпочитая использовать вместо этого обычное название «компьютер» .

Области применения ЭВМ различных классов. • Системы № 1 начиная с 1993 года – IBM Roadrunner (с 2008. 06) 1105. 0 Tflops. Названние Blade. Center QS 22/LS 21, количество ядер 129600 (Cell/Opteron) , Лос. Аламосская национальная лаборатория – IBM Blue Gene/L (2004. 11 -2008. 06) – NEC Earth Simulator (2002. 06 — 2004. 11) – IBM ASCI White (2000. 11 — 2002. 06) – Intel ASCI Red (1997. 06 — 2000. 11) – Hitachi CP-PACS (1996. 11 — 1997. 06) – Hitachi SR 2201 (1996. 06 — 1996. 11) – Fujitsu Numerical Wind Tunnel (1994. 11 — 1996. 06) – Intel Paragon XP/S 140 (1994. 06 — 1994. 11) – Fujitsu Numerical Wind Tunnel (1993. 11 — 1994. 06) – TMC CM-5 (1993. 06 — 1993. 11)