В.А. Фисун - Прикладное программирование в задачах математической физики. Архитектурные принципы построения ЭВМ (pdf) (1127762), страница 4
Текст из файла (страница 4)
оп/сек , 8192 Кбайт)и др. Программирование: мультипрограммный, диалоговый режимы, ОС,виртуальная память.В 1996 г. в России работали 5 тысяч ЕС ЭВМ из 15 т., установленных вовремена СССР. НИИЦЭВТ на базе комплектующих компонентов IBM/390разработал 23 модели производительностью от 1.5 до 167 Мфлоп (ЕС1270,ЕС1200, аналоги серверов 9672). IBM предоставляет также лицензионныепрограммные продукты (ОС-390).
Используются в России для сохраненияпрограммного задела прикладных систем (проблема наследия ЕС ЭВМ).Пособие 17.09.0914ЭВМ четвертого поколения /1972-1977 гг/ базируются на "большихинтегральных схемах" (БИС) и "микропроцессорах". Отечественные - проект"Эльбрус", ПК. Программирование: диалоговые режимы, сетевая архитектура, экспертные системы.ЭВМ пятого поколения /начиная с 1978 г/ используют "сверхбольшиеинтегральные схемы" (СБИС).
Выполненные по такой технологии процессорные элементы на одном кристалле могут быть основным компонентомразличных платформ - серверов: от супер-ЭВМ (вычислительных серверов),до интеллектуальных коммутаторов в файл-серверах.На этом поколении технологические новации приостанавливаются и ввосьмидесятые годы в ряде стран появляются проекты создания новых вычислительных систем на новых архитектурных принципах. Так, в 1982 годуяпонские разработчики приступили к проекту "компьютерные системы пятого поколения", ориентируясь на принципы искусственного интеллекта.Этот проект получил название “великий вызов”, он оказал большое влияниена развитие всей вычислительной техники.
В СССР под руководством А.Н.Мямлина /15/ в рамках такого проекта велась разработка вычислительнойсистемы, состоящей из специализированных процессоров: процессора ввода/вывода, вычислительного, символьного и архивного процессоров. В1991 году японское министерство труда и промышленности принимает решение о прекращении работ по компьютерам пятого поколения; вместо этого запланировано приступить к разработке компьютеров шестого поколенияна основе нейронных сетей.В настоящее время в России создаются мультисистемы на базе зарубежных микропроцессоров: вычислительные кластеры (НИИЦЭВТ), суперЭВММВС-1000 (В.К.
Левин, А.В. Забродин). Под руководствомБ.А.Бабаяна проектируется микропроцессор Мерсед-архитектектуры. В.С.Бурцев разрабатывал проект супер-ЭВМ на принципах потоковых машин.Эволюция отечественного программного обеспечения непосредственносвязана с эволюцией архитектуры ЭВМ. Первая Программирующая Программа - ПП, Интерпретирующая Система - ИС создавались для М-20(ИПМ, школа М.Р. Шуры-Буры). Для ЭВМ этого семейства были реализованы компиляторы с Алгола: ТА-1 (С.С.
Лавров), ТА-2 (М.Р. Шура-Бура),Альфа (А.П. Ершов).Для БЭСМ-6 создан ряд операционные системы: от Д-68 до ОС ИПМ(Л.Н. Королев, В.П. Иванников, А.Н. Томилин, В.Ф.Тюрин, Н.Н. Говорун,Э.З. Любимский).Под руководством С.С. Камынина и Э.З. Любимского был реализованпроект Алмо: создание машинно-ориентированного языка и на его базе системы мобильных трансляторов.В.Ф.
Турчин предложил функциональный язык Рефал. Системы программирования на базе этого языка используются для описания алгоритмовтекстовых преобразований при реализации трансляторов, конверторов, атакже в исследованиях в области мета - вычислений.Пособие 17.09.09152. Глава 2Принципы фон-Неймана2.1. Классическая ЭВМПринято считать, что основные архитектурные принципы построенияэлектронных цифровых (дискретных) вычислительных систем (ЭЦВМ) быливпервые опубликованы в 1946 г в отчете А.
Беркса (A. W. Burks) , Г. Голдстейна (H. H. Goldstein), Дж. Неймана (John Louis von Neumann): "Предварительное обсуждение логического конструирования электронного вычислительного устройства". Классическая (Von Neumann architecture) ЭВМимеет следующую структуру:АЛУ + УУ <кд...кд.....кд > ОЗУ, где- ОЗУ (Оперативное Запоминающего Устройства, MM – Main Memory) память для хранения программ и данных.
Можно представлять эту памятькак таблицу, каждая строка которой имеет свой порядковый номер и можетсодержать команду или число в двоичной системе счисления.- АЛУ (Арифметико - Логическое Устройство, ALU – Arithmetic andLogic Unit) - устройство, которое выполняет операции над числами или битовыми данными. Аргументы и результаты операции считываются и записываются из (в) ОЗУ.- УУ (Устройства Управления, CU – Control Unit) - устройство, котороепоследовательно выбирает команды из ОЗУ, дешифрирует их и организуетвыполнение заданных операций в АЛУ.- <кд........кд.....кд > на схеме обозначают коммуникационную среду –шины для пересылки последовательности команд и данных.
Данные как читаются из ОЗУ, так и туда же записываются. В большинстве ЭВМ командытолько считываются из ОЗУ.В приведенной схеме не отражены устройства ввода/вывода информации, блоки массовой памяти для постоянного хранения информации.Совокупность АЛУ и УУ принято называть процессором (ЦПУ, CPU –Central Processing Unit). Для обозначения полного вычислительного комплекса используется слова ЭВМ, ПЭ. (По словарю А. Синклера "processor" блок компьютера, выполняющий вычислительные действия). В современных микропроцессорах, процессор размещается на одном кристалле (чипе),это: УУ + АЛУ + набор регистров + кэш память.Принципы построения ЭВМ данной архитектуры признаны классикойи получили название фон-неймановских принципов.
В работе /7/ эти принципы перечисляются в порядке, описываемом далее.2.1.1. Принцип программного управления вычислениямиПервый и основной принцип фон-Неймана заключается в том, что ЭВМвыполняет вычислительные директивы последовательно в соответствии сзаданной программой.Пособие 17.09.0916Программа ЭВМ состоит из команд, хранимых в Оперативном Запоминающем Устройстве. Каждая команда задает единичный акт преобразования информации. Устройство Управления поочередно выбирает командыпрограммы и выполняет предписанные в них дискретные вычисления.
Влюбой момент времени работы ЭВМ выполняется только одна команда программы. Пусть принятый уровень абстракции предполагает считать единичными актами преобразования информации, команды ЭВМ, исполняющиеарифметические операции. Тогда алгоритм вычисления площади трапеции соснованиями А и В, высотой Н {S=0.5*(А+В)*Н} можно представить в видепоследовательности элементарных вычислений - арифметических командЭВМ (трехадресных).КомандыКомментарий+, A, B,P1;Р1=А+В*, P1,H,P1;Р1=Р1*Н*,P1,’’0.5’’,S;S=Р1*0.5.Но, в общем случае, элементарным шагом вычислений можно считатьвычисления вида: Р = f(A), где А – число, а f - функция вида sin или sqrt (корень квадратный) и т.д.
В качестве функции f можно выбрать функцию редукции (например, нахождение суммы элементов вектора), тогда аргументфункции А – вектор. Если в качестве аргументов арифметических операцийдопустить использование векторов, то единичным актом преобразованияинформации может быть поэлементная операция сложения (или умножения)векторов.Итак, при обсуждении архитектуры дискретных вычислителей всегданеобходимо уточнять семантику элементарных актов преобразования информации, команд (инструкций) ЭВМ.2.1.2. Принцип условного перехода.Принцип условного перехода заключается в обеспечении возможностиперехода в процессе вычислений на тот или иной участок программы в зависимости от промежуточных, получаемых в ходе вычислений, результатов.Команды условного перехода могут нарушать последовательный порядок выборки команд программы и указывать команду для последующеговыполнения в случае выполнения условий заданного соотношения.
Так, определение максимального числа может быть выполнено программой:MАХ = BIF (A<B) GOTO LMAX =AL ..............Команды перехода позволяет реализовывать в программах ЭВМ циклыс автоматическим выходом из них.Пособие 17.09.09172.1.3. Принцип хранимой программыПринцип заключается в том, что команды представляются в битовойформе и хранятся в том же Оперативном Запоминающем Устройстве, что иобрабатываемые данные.ОЗУ можно представить состоящим из последовательно пронумерованных слов – ячеек памяти. Пусть каждая команда или обрабатываемоечисло занимает ровно одну ячейку памяти ЭВМ.
Над программой можнопроизводить арифметические действия, изменяя ее динамически. Пусть вОЗУ по адресу А размещен первый элемент вектора а, по адресу В – первыйэлемент вектора в; для размещения первого элемента вектора с – результатапоэлементного суммирования векторов а+в отведено место в памяти, начиная с адреса С. Тогда, программа суммирования n элементных векторов может иметь вид:КомандыКомментарийi = 0;L: +, A, B, C; Суммирование первых (очередных) элементов векторов^ , L, K, L; Модификация команды L для сложения очередных элементов+, i, “1”, i; Коррекция счетчикаIF (i < n) GOTO L; Проверка на завершения циклаL = M;Восстановление команды L для повторной работы цикла...................................K: 0, 1, 1, 1; Поле константM: +, A, B, C;В данном примере ^ обозначает операцию целочисленного сложения кодов.2.1.4.
Принцип использования двоичной системы счисленияЭтот принцип заключается в использовании двоичной системы счисления для представления чисел и команд и реализации аппаратного оборудования ЭВМ на элементах бинарной логики.Элементарной единицей кодирования информации является бит, принимающий одно из двух значений 0 или 1. В двоичной системе счисленияпредставляются целые и вещественные числа, над которыми ЭВМ производит вычисления, команды программ. Технические параметры ЭВМ, такие,как размер ОЗУ и величина строки ОЗУ, число банков расслоенной памятии т. д., измеряются обычно в единицах, кратных степени двойки: 2, 4, 8, 16,32, 64, 128, ... 2n , причем нумерация параметров производится, обычно, начиная от нуля.Программа, хранимая в памяти ЭВМ, задает последовательность выполнения команд, причем в каждый данный момент времени в машине обрабатывается одна команда.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
