Типы структур вычислительных машин и систем
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
пераций существенно повышает быстродействие системы; он же может также значительно повысить и надежность (при отказе одного компонента системы его функции может взять на себя другой) и достоверность функционирования системы, если операции будут дублироваться, а результаты их выполнения сравниваться или мажоритироваться.
Для современных ВС, за исключением суперкомпьютеров, критерии обоснования их необходимости уже несколько иные - важно само информационное обслуживание пользователей, сервис и качество этого обслуживания. Для суперкомпьютеров, представляющих собой многопроцессорные ВС, важнейшими показателями являются их производительность и надежность.
Вычислительная система может строиться на основе целых компьютеров- многомашинная ВС, либо отдельных процессоров - многопроцессорная ВС.
Вычислительные системы бывают:
однородные;
неоднородные.
Однородная В С строится на основе однотипных компьютеров или процессоров, позволяет использовать стандартные наборы программных средств, типовые протоколы (процедуры) сопряжения устройств. Их организация значительно проще, облегчается обслуживание систем и их модернизация.
Неоднородная ВС включает в свой состав различные типы компьютеров или процессоров. При построении системы приходится учитывать их различные технические и функциональные характеристики, что существенно усложняет создание обслуживание таких систем.
Вычислительные системы работают:
в оперативном режиме (on-line);
в неоперативном режиме (off-line).
Оперативные системы функционируют в реальном масштабе времени, в них реализуется оперативный режим обмена информацией - ответы на запросы поступают незамедлительно. В неоперативных В С допускается режим отложенного ответа, когда результаты выполнения запроса можно получить с некоторой задержкой (иногда даже в следующем сеансе работы системы).
Различают ВС iентрализованным и децентрализованным управлением. В первом случае управление выполняет выделенный компьютер или процессор, во втором - эти компоненты равноправны и могут брать управление на себя.
Кроме того, ВС могут быть:
территориально-Сосредоточенными (все компоненты размещены в непосредственной близости друг от друга);
распределенными (компоненты могут располагаться на значительном расстоянии, пример -'вычислительные сети);
структурно одноуровневыми (имеется лишь один общий уровень обработки данных);
многоуровневыми (иерархическими) структурами. В иерархических ВС машины или процессоры распределены по разным уровням обработки информации, некоторые машины (процессоры) могут специализироваться на выполнении определенных функций.
Наконец, как уже указывалось, ВС делятся на:
одномашинные;
многомашинные;
многопроцессорные.
. Фон-неймановская архитектура
Большинство современных ВМ по своей структуре отвечают принципу программного управления. Типичная фон-неймановская ВМ (рис. 4) содержит: память, устройство управления, арифметико-логическое устройство и устройство ввода/вывода.
вычислительная машина архитектура пользователь
В любой ВМ имеются средства для ввода программ и данных к ним. Информация поступает из подсоединенных к ЭВМ периферийных устройств (ПУ) ввода. Результаты вычислений выводятся на периферийные устройства вывода. Связь и взаимодействие ВМ и ПУ обеспечивают порты ввода и порты вывода. Термином порт обозначают аппаратуру сопряжения периферийного устройства с ВМ и управления им. Совокупность портов ввода и вывода называют устройством ввода/вывода (УВВ) или модулем ввода/вывода ВМ (МВВ).
Введенная информация сначала запоминается в основной памяти, а затем переносится во вторичную память, для длительного хранения. Чтобы программа могла выполняться, команды и данные должны располагаться в основной памяти (ОП), организованной таким образом, что каждое двоичное слово хранится в отдельной ячейке, идентифицируемой адресом, причем соседние ячейки памяти имеют следующие по порядку адреса. Доступ к любым ячейкам запоминающего устройства (ЗУ) основной памяти может производиться в произвольной последовательности. Такой вид памяти известен как память с произвольным доступом. ОП современных ВМ в основном состоит из полупроводниковых оперативных запоминающих устройств (ОЗУ), обеспечивающих как iитывание, так и запись информации. Для таких ЗУ характерна энергозависимость - хранимая информация теряется при отключении электропитания. Если необходимо, чтобы часть основной памяти была энергонезависимой, в состав ОП включают постоянные запоминающие устройства (ПЗУ), также обеспечивающие произвольный доступ. Хранящаяся в ПЗУ информация может только iитываться (но не записываться).
Размер ячейки основной памяти обычно принимается равным 8 двоичным разрядам - байту. Для хранения больших чисел используются 2, 4 или 8 байтов, размещаемых в ячейках с последовательными адресами. В этом случае за адреiисла часто принимается адрес его младшего байта. Так, при хранении 32-разрядного числа в ячейках с адресами 200, 201, 202 и 203 адресом числа будет 200. Такой прием называют адресацией по младшему байту или методом остроконечников (little endian addressing). Возможен и противоположный подход - по меньшему из адресов располагается старший байт. Этот способ известен как адресация по старшему байту или метод тупоконечников (bigendian addressing)1. Адресация по младшему байту характерна для микропроцессор