АРХИТЕКТУРЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ Структура вычислительной системы ВС

АРХИТЕКТУРЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Структура вычислительной системы (ВС) — это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства — от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации.

Архитектура вычислительной системы (ВС) описывает на общем уровне: • принципы действия основных узлов • информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера (процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств). • систему команд, систему адресации, • организацию памяти и т. д. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.

Уровень детализации описания ВС еще называется уровнем представления компьютера. Цифровой логический уровень – уровень логических схем базовой системы элементов. Микроархитектурный уровень – уровень организации обработки информации внутри функционального узла. Сюда относятся регистры различного назначения, устройство обработки поступающих команд, устройство преобразования данных, устройство управление. Командный уровень – набор функциональных узлов и связи между ними, система команд и данных, передаваемых между устройствами.

Архитектуры с фиксированным набором устройств (закрытого типа) ВС, у которых одно или несколько обрабатывающих устройств (процессоров) используют для обмена внутренние шины передачи данных. Нет возможности подключения дополнительных устройств, не предусмотренных разработчиком.

Вычислительные системы с открытой архитектурой

Архитектуры многопроцессорных вычислительных систем ,

Многомашинная вычислительная система Несколько процессоров, входящих в вычисли, тельную систему, не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную). Каждый компьютер в многомашинной системе имеет классическую архитектуру Такая система применяется достаточно широко. Однако эффект от применения такой вычислительной системы может быть получен только при решении задач, имеющих очень специальную структуру: она должна разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько компьютеров в системе.

Классификация компьютеров по сферам применения По, производительности компьютеры можно, условно, разбить на три класса: суперкомпьютеры, мэйнфреймы, микрокомпьютеры. Суперкомпьютеры – компьютеры с производительностью свыше 100 млн. операций в секунду. Выполняются обычно по многопроцессорной архитектуре, имеют большой набор внешних устройств, выпускаются небольшими партиями для конкретной задачи или конкретного заказчика.

Классификация компьютеров по сферам применения Мэйнфреймы – компьютеры с производительностью от10 до 100 млн. операций в секунду. Выполняются по , многопроцессорной архитектуре с общей шиной и небольшим числом мощных процессоров. Конструктивно выполняются в виде одной стойки или в настольном варианте. Микрокомпьютеры – компактные компьютеры универсального назначения, в том числе и для бытовых целей, имеющие производительность до 10 млн. операций в секунду. Микрокомпьютеры можно классифицировать по конструктивным особенностям: стационарные (настольные), персональные компьютеры и переносные. Переносные, в свою очередь можно разделить на портативные (laptop), блокноты (notebook) и карманные (Palmtop).

Классификация компьютеров по поколениям Первое поколение – электронные лампы (1945 -1955 г. г. ) В основе , базовой системы элементов этого поколение компьютеров лежали электронные лампы. Их использование определяло и достоинства и недостатки цифровых устройств. Электронные лампы обеспечивали высокую скорость переключения логических элементов, что увеличивало скорость вычисления по сравнению с попытками создать вычислительную машину, базовый элемент которой был построен на основе электромеханического реле. Скорость обработки информации в ламповых машинах колебалась от нескольких сотен до нескольких тысяч операций в секунду.

Второе поколение – транзисторы(1955 -1965 г. г. ) Полупроводниковые приборы – транзисторы были изобретены в 1948 году. Они отличаются от электронных ламп малыми размерами, низким напряжением питания и малой потребляемой мощностью. Все эти достоинства полупроводниковых приборов произвели революцию в радиоэлектронной промышленности. Резко повысить быстродействие компьютеров до сотен тысяч и даже миллионов операций в секунду. Снижение стоимость увеличило число потенциальных пользователей компьютеров. Появились крупные фирмы по производству компьютеров широкого назначения: International Business Machines (IBM), Control Data Corporation (CDC), Digital Equipment Corporation (DEC) и другие. Следует отметить компьютер PDP-8 фирмы DEC – первого мини-компьютера с общей шиной, оказавшего большое влияние на развитие архитектур персональных компьютеров.

Третье поколение – интегральные схемы(1965 -1980 г. г. ) Полупроводниковые элементы и другие электронные компоненты выпускались электронной промышленностью в виде отдельных элементов, так полупроводниковый кристалл, на котором размещался транзистор, заключался в специальный металлический или пластмассовый корпус. Требование уменьшения габаритов электронных устройств привело к тому, что сначала полупроводниковые приборы стали производиться в бескорпусном исполнении, а затем в 1958 году была предпринята попытка разместить в одном полупроводниковом кристалле все компоненты одного функционального узла. Так появились интегральные схемы (ИС), которые позволили резко уменьшить размеры полупроводниковых схем и снизить потребляемую мощность. На основе ИС строились мини-ЭВМ, которые выполнялись в виде одной стойки и периферийных устройств. Мощность, потребляемая компьютером на ИС, уменьшилась до сотен ватт.

Четвёртое поколение – сверхбольшие интегральные схемы(1980 - … г. г. ) Микроминиатюризация электронных устройств привела к появлению новой отрасли промышленности – микроэлектроники Используя последние научно-технические достижения добились размещения на одном кристалле размером несколько квадратных миллиметров тысяч затем и миллионов транзисторов и других электронных компонентов. Теперь полупроводниковая схема содержала уже не набор нескольких логических элементов, из которых строились затем функциональные узлы компьютера, а целиком функциональные узлы и в первую очередь процессор, который, учитывая его размеры, получил название микропроцессор, устройства управления внешними устройствами – контроллеры внешних устройств. Такие интегральные схемы получили название сначала больших интегральных схем (БИС), а затем и сверхбольших интегральных схем (СБИС).