Появление и распространение языков программирования высокого уровня (Фортран, Алгол-60, Кобол и др.). Переход от команд-цифр к высокоуровневым программам. Формирование концепций модульного программирования.

Середина 60-х годов – начало 90-х ХХ – века.

Развитие интерактивных и персональных систем, появление и развитие языков объектно-ориентированного программирования. Появление средств, которые позволяли создавать программные объекты, скрывающие организацию данных и их обработку от пользователя. Появление первых промышленных систем программирования, основанных на языках высокого уровня. Появился язык Си, правда, это скорее машинно-независимый ассемблер.

90-е ХХ – века – настоящее время.

Появление систем программирования, в которых есть комплексные системы. Последовательное взаимозаменение программ. Появление промышленных средств автоматизации проектирования программного обеспечения, CASE-средств (Computer-Aided Software/System Engineering), унифицированного языка моделирования UML.

Средства программирования, доступные на уровне системы программирования - программные средства и компоненты СП, обеспечивающие поддержание жизненного цикла программы

Прикладная система

Прикладная система – программная система, ориентированная на решение или автоматизацию решения задач из конкретной предметной области.

Первый этап развития прикладных систем.

Второй этап – развитие систем программирования и

появление средств создания и использования

б
иблиотек программ

Третий этап характеризуется появлением пакетов прикладных программ

Примеры

Основные тенденции в развитии современных прикладных систем

• Стандартизация моделей автоматизируемых

бизнес процессов

• B2B (business to business)

• B2C (business to customer)

• ERP (Enterprise Resource Planning)

• CRM (Customer Relationship Management)

• Открытость системы

• API - Application Programming Interface

На сегодняшний день специфика прикладных систем – стандартизация бизнесс-процессов. Включается набор средств прикладной системы.

Выводы:

К данному моменту мы обсудили следующие понятия:

• Вычислительная система

• Физические ресурсы (устройства)

• Драйвер физического устройства

• Логические или виртуальные ресурсы (устройства)

• Драйвер логического/виртуального ресурса

• Ресурсы вычислительной системы

• Операционная система

• Жизненный цикл программы в вычислительной системе

• Система программирования

• Прикладная система

К сказанному следует добавить, что пользователь работает в некоторой виртуальной системе. Даже человек, работтающий с Ассемблером, не знает коды операций и команд. К тому же, водной и той же операционной системе может быть целая иерархия виртуальных систем.

Основы компьютерной архитектуры.

Невозможно говорить отдельно об ОС или об архитектуре компьютеров, т.к. они взаимодействуют и сильно интегрированы. Их эффективность зависит от ОП и HardWare компьютера.

Джон фон Нейман(John Von Neumann). С этим именем связана машина фон Неймана. Он опубликовал Предварительный доклад о компьютере EDVAC (A First Draft Report on the EDVAC), в котором отразил основные концепции организации компьютера. EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer - Электронный Компьютер Дискретных Переменных)

. Основные разработчики этой модели - Джон Мочли (John Mauchly) и Джон Преспер Эккерт (John Presper Eckert), авторы

ENIACа  (Electronic Numerical Integrator And Computer).

Принципы Фон Неймана:

• принцип двоичного кодирования. Все данные кодируются с помощью двоичных сигналов.

• принцип программного управления. Программы состоят из команд, в которых закодированы операции и операнды. Выполнение компонент программы – автоматическое выполнение команд, составляющих программу. Последовательность команд определяется последовательностью команд и данных.

• Принцип хранения программ. Для команд и данных единое устройство памяти. Все слова имеют последовательную адресацию. Интерпретации информации, размещенной в памяти, происходит в момент работы с данной ячейкой памяти.

П
редполагается, что компьютер фон Неймана имеет следующие компоненты:

Оперативное запоминающее устройство (основная память, оперативная память(ОП))

ОЗУ - устройство, предназначенное для хранения оперативной информации. В ОЗУ размещается исполняемая в данный момент программа и используемые ею данные. ОЗУ состоит из ячеек памяти, содержащей поле машинного слова и поле служебной информации.

RAM – устройство произвольного доступа.

М ашинное слово – поле программно изменяемой информации, в машинном слове могут располагаться машинные команды (или части машинных команд) или данные, с которыми может оперировать программа. Машинное слово имеет фиксированный для данной ЭВМ размер (обычно размер машинного слова – это количество двоичных разрядов, размещаемых в машинном слове).

Служебная информация (иногда ТЭГ) – поле ячейки памяти, в котором схемами контроля процессора и ОЗУ автоматически размещается информация, необходимая для осуществления контроля за целостностью и корректностью использования данных, размещаемых в машинном слове.

В поле служебной информации могут размещаться:

• разряды контроля четности машинного слова (при записи машинного слова подсчет числа единиц в коде машинного слова и дополнение до четного или нечетного в контрольном разряде), при чтении контроль соответствия;

Пример контроля за целостностью данных по четности

• разряды контроля данные-команда (обеспечение блокировки передачи управления на область данных программы или несанкционированной записи в область команд);

• машинный тип данных – осуществление контроля за соответствием машинной команды и типа ее операндов;

Конкретная структура, а также наличие поля служебной информации зависит от конкретной ЭВМ.

Важная характеристика ОП - производительность - скорость доступа процессора к данным, размещенным в ОЗУ:

•время доступа (access time- t_access) - время между запросом на чтение слова из оперативной памяти и получением содержимого этого слова.

•длительность цикла памяти (cycle time - t_cycle) - минимальное время между началом текущего и последующего обращения к памяти.

•(t_cycle>t_access)

Расслоение памяти

ОЗУ делится на К независимых банков памяти, где К = 2^L

Центральный процессор

ЦП обеспечивает выполнение программы, размещенной в ОЗУ. Осуществляется выбор машинного слова, содержащего очередную машинную команду, дешифрация команды, контроль корректности данных, определение исполнительных адресов операндов, получение значения операндов и исполнение машинной команды.

Р
егистровая память:

- Регистры общего назначения (РОН)

Используются в машинных командах для организации индексирования и определения исполнительных адресов операндов, а также для хранения значений наиболее часто используемых операндов, в этом случае сокращается число реальных обращений в ОЗУ и повышается системная производительность ЭВМ.

- Специальные регистры

Качественный и количественный состав специализированных регистров ЦП зависит от архитектуры ЭВМ. Ниже представлены некоторые из возможных типов регистров, обычно входящие в состав специализированных регистров.

К специальным относятся:

• регистр адреса

• регистр результат

• регистры внешних устройств

• регистры – указатели стека

Устройство управления (control unit)– координирует

выполнение команд программы процессором.

Арифметико-логическое устройство (arithmetic/logic unit) –

обеспечивает выполнение команд, предусматривающих

арифметическую или логическую обработку операндов.

Рабочий цикл процессора.

КЭШ память

Вернемся к проблеме дисбаланса скорости доступа к ОЗУ и скорости обработки информации ЦП.

Первое решение – использовать программные средства. Программист может разместить наиболее часто используемые операнды в РОН(регистрах общего назначения), тем самым сокращается количество «медленных» обращений в ОЗУ. Результат решения во многом зависит от качества программирования.

Второе решение – использование в архитектуре ЭВМ специальных регистровых буферов или КЭШ памяти.

Регистровые буфера или КЭШ память предназначены для разрешения проблемы несоответствия скоростей работы ОЗУ и ЦП, на аппаратном уровне, т.е. эта форма оптимизации в системе организована аппаратно и работает всегда, вне зависимости от исполняемой программы. Следует отметить, что результат этой оптимизации, в общем случае зависит от характеристик программы (об этом несколько позднее). Традиционно, в развитых ЭВМ используется аппаратная буферизация доступа к операндам команд, а также к самим командам.

Суть КЭШа - Обмен данными между КЭШем и оперативной памятью осуществляется блоками фиксированного размера.

Каждому буферу КЭШа соответствует адресный тег блока, который содержит служебную информацию о блоке (соответствие области ОЗУ, свободен/занят блок, ......).