Бройдо В.Л., Ильина О.П. Архитектура ЭВМ и систем (2006) (1186249), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Термины вычислительная машина, вычислительная Введение 21 система, вычислительная сеть выросли из своего дословного толкования в части прилагательного «вычислительная». Уже давно названные объекты выполняют не только и не столько вычисления, сколько преобразования информации, а именно накопление, хранение, организацию, толкование информации, то есть представляют собой, фактически, информационные системы. Тем не менее еще и сейчас в литературе часто используются традиционные, исторически сложившиеся их названия. Что касается толкования понятия вычислительная система, то в литературе имеются совершенно различные ее определения: от просто набора устройств обработки данных (автоматизированных или автоматических) или одиночного компьютера с его программным обеспечением до совокупности нескольких взаимосвязанных вычислителей с их программным обеспечением и периферийным оборудованием, предназначенным для сбора, хранения, обработки и распределения информации.
Вычислительная система может содержать лишь один компьютер, ибо начиная с 1970-х годов компьютеры стали оснащаться многочисленными внешними устройствами, которые в совокупности действительно составляют систему. В данной книге будем придерживаться следующего определения: Вычислительная система — совокупность одного и более компьютеров или процессоров, программного обеспечения и периферийного оборудования, организованная для совместного выполнения информационно-вычислительных процессов. То же самое касается термина «вычислительная сеть» — более правильным термином является «информационно-вычислительная сеть», а в ряде случаев и «информационная сеть», ибо вычислительные процессы превалируют над информационными лишь в локальных вычислительных сетях, да и то довольно редко.
В книге будем чаще всего использовать термин «компьютерная сеть», хотя в дословном переводе он и означает «вычислительная сеть». Определим и уточним еще некоторые понятия, важные для изучения дисциплины. Архитектура ЭВМ (системы) — это совокупность свойств компьютера (системы), существенных для программиста и пользователя. Система (от греч.
зивгета — целое, составленное из частей соединение) — зто совокупность элементов, взаимодействуюших друг с другом, образующих определенную целостность, единство. Элемент (компонент) системы — часть системы, имеющая определенное функциональное назначение. Сложные элементы систем, в свою очередь состоящие из более простых взаимосвязанных элементов, часто называют подсистемами. Организация системы — внутренняя упорядоченность, согласованность взаимодействия элементов системы, проявляющаяся, в частности, в ограничении разнообразия состояний элементов в рамках системы.
Структура системы — состав, порядок и принципы взаимодействия элементов системы, определяющие основные свойства системы. Если отдельнгве элементы системы разнесены по разным уровням и внутренние связи между элементами организованы только от вышестоящих к нижестояшим уровням и наоборот, то говорят об иерархической структуре системы. Чисто иерархические структуры 22 Введение на практике встречаются редко, поэтому, несколько расширяя это понятие, под иерархической структурой понимают и такие структуры, где среди прочих связей иерархические связи имеют главенствующее значение. В первых главах учебника уделяется внимание научным, техническим и практическим предпосылкам создания вычислительных машин, эволюции ЭВМ, их классификации и общим характеристикам.
Далее рассматриваются информационно-логические и схемно-технологические особенности построения вычислительных машин и их компонентов. В разделе «Функциональная и структурная организация ЭВМ» основной акцент сделан на архитектуре самого массового типа ЭВМ вЂ” персональных компьютеров; рассмотрены современное состояние и характеристики всех основных узлов компьютера. Обсуждаются принципы программного управления ЭВМ, режимы их работы, система прерывания программ, играющая важную роль в организации эффективного вычислительного процесса. Кратко рассмотрены программное обеспечение современных компьютеров и элементы программирования на машинно-ориентированном языке ассемблер, позволяющие глубже разобраться с архитектурой вычислительной машины и понять взаимодействие ее компонентов при выполнении программ.
Далее рассматриваются многомашинные и многопроцессорные вычислительные системы, в частности, высокопараллельные вычислительные системы и их использование для построения самых мощных компьютеров — суперЭВМ. Большое внимание уделено компьютерным сетям (КС): особенностям и принципам построения сетей, сущности и протоколам модели взаимодействия открытых систем, на базе которой строится управление КС, техническое н программное обеспечение. Рассматриваются популярные сетевые технологии: 130Х, Х.25, Ггате Ве1ау, АТМ. Подробно обсуждаются локальные и корпоративные сети, их топологии и технологии. Приводятся краткие сведения о сети Интернет и ее базовых технологиях. В последней части книги обсуждаются вопросы качества и эффективности ЭВМ и сетей, их надежности, достоверности функционирования, безопасности и экономической эффективности.
Авторы будут благодарны всем, кто пришлет свои замечания и предложения по содержанию книги по электронному адресу компьютерной редакции издательства «Питер» или непосредственно авторам на электронный адрес ВорФгпавпгц, йордор©гапгЫег.гц. От издательства Ваши замечания, предложения, вопросы отправляйте по адресу электронной почты сотрЮрйег.сов« (издательство «Питер», компьютерная редакция). Мы будем рады узнать ваше мнение! На сайте издательства ппр:цигиг»».рйег.сот вы найдете подробную информацию о наших книгах. ГЛАВА 1 Научные предпосылки создания ЗВМ Управление и информация Важнейшую и решающую роль в создании и эволюции ЭВМ сыграла наука кибернетика.
Кибернетика — сравнительно молодая наука, формирование которой началось лишь после второй мировой войны. Своим появлением кибернетика обязана американскому ученому, профессору Массачусетского технологического института Норберту Винеру. В своей книге «Кибернетика, или управление и связь в животном и машинеь, изданной в 1948 году (20], Норберт Винер обосновал концепцию единого подхода к рассмотрению процессов управления в системах различной природы. Сила этой концепции заключается в том, что оказалось возможным кроме обших рассуждений методологического характера предложить также мощный аппарат количественного описания процессов для решения сложных задач управления, основанный на методах прикладной математики.
Кибернетика — наука об общих закономерностях процессов управления в системах любой природы. Предметом изучения кибернетики являются информационные процессы, описываюшие поведение этих систем. Цель изучения — создание принципов, методов и технических средств для наиболее эффективных в том или ином смысле результатов управления в таких системах. Можно приближенно разделить сферы наук следующим образом: 0 Естественные науки — это науки, связанные с изучением закономерностей природы. 1з Общественные науки — это науки, которые изучают закономерности развития человеческого общества. сз Кибернетические пауки — это науки, связанные с исследованием закономерностей передачи и обработки информации в обьектах, явлениях и процессах, происходящих в природе и обшестве.
Управление и информация Основные особенности кибернетики как самостоятельной научной области состоят в следующем: 1. Кибернетика способствовала тому, что классическое представление о мире, состоящем из материи и энергии, уступило место представлению о мире, состоящем из трех составляющих: материи, энергии и информации, ибо без информации немыслимы организованные системы. 2. Кибернетика рассматривает управляемые системы не в статике, а в динамике, то есть в их движении, развитии и при этом — в тесной связи с другими (внешними) системами. Это позволяет вскрывать закономерности и устанавливать факты, которые иначе оказались бы не выявленными.
3. Как бы детально и строго ни старались изучать поведение сложной системы, никогда нельзя учесть полное множество всех факторов, прямо или косвенно влияющих на ее поведение. Поэтому всегда следует вводить различные ограничения, считаться с неизбежностью наличия некоторых случайных факторов, являющихся результатом действия этих неучтенных процессов, явлений и связей. ПРИМЕЧАНИЕ Кибернетика очень широко практикует именно вероятностные методы исследования, позволяющие хотя и не определенно, а в вероятностном аспекте, но строго н четко препсказать поведение сложных систем.
4. В кибернетике часто применяется метод исследования систем с использованием черного ящика. Под черным ящиком» понимается такая система, в которой исследователю доступна лишь входная и выходная информация этой системы, а внутреннее устройство неизвестно.
Оказывается, что ряд важных выводов о поведении системы можно сделать, наблюдая лишь реакции выходной информации при изменении входной информации. Значение «черного ящика» в исследованиях трудно переоценить. Благодаря этому методу сделано множество крупнейших изобретений и открытий. «Черный ящик» незримо присутствует в любых серьезных исследованиях при разгадке тех или иных явлений. Такой подход, в частности, открывает возможности объективного изучения систем, устройство которых неизвестно либо слишком сложно, чтобы можно было вывести их поведение из свойств составных частей этих систем и структуры связей между ними. ПРИМЕЧАНИЕ Классический пример «черного ящик໠— телевизор.
Большинство людей, которые им пользуются, не имеют ни малейшего представления о том, как он устроен внутри. Но нажав кнопку включения телевизора (входная информация), они ожидают выходной информации — изображения и звука. 5. Очень важным методом кибернетики является метод моделирования. Глава 1. Научные предпосылки создания ЭВМ Сушность метода, ставшего одним из самых мощных орудий развития науки и техники, состоит в замене интересующего нас объекта или процесса его моделью. Модель — это другой объект, процесс или формализованное описание, более удобное для рассмотрения, исследования, управления, интересующие нас характеристики которого подобны характеристикам реального объекта. После такой замены исследуется не первичный объект, а его модель.
Результаты этих исследований распространяются на первичный объект (конечно, с известными оговорками). ПРИМЕЧАНИЕ В аналоговых вычислительных машинах (АВМ) создается физическая модель исследуе- мой системы. В электронных цифровых вычислительных машинах (ЭВМ) при решении задач как раз и создается их абстрактная математическая модель. Математическая модель решения задачи на ЭВМ описывается программой ее решения.
Модель решения задачи в ЭВМ (программа) должна составляться так, чтобы обеспечить: (;3 правильность решения — соответствовать сушности решаемой задачи, не искажать ее содержания; 0 своевременность решения — решение не должно формироваться тогда, когда надобность в нем отпала; (:) результативность решения, — должно вырабатываться конкретное конструктивное решение, а не указываться возможность решения вообще; 0 реалистичность решения — решение должно иметь возможность быть реализованным при заданных ограничениях (точность, время решения, затраты на его реализацию); ьз определенность — должна вырабатываться вполне определенная, не допускающая неоднозначности результатная информация; 0 экономичность в отношении точности — нет смысла искать абсолютно точное сложное решение, если эта точность все равно не будет востребована (вполне достаточно получать решение достоверное, то есть с необходимой точностью).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
