Горнец Н.Н., Рощин А.Г. Организация ЭВМ и систем (2006) (1186251), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Каковы основные функции системы ввода-вывода? 3. Что такое прямой доступ в память и как он реализуется? Какие устройства подключают к средствам прямого доступа? 4. Что такое программный ввод-вывод н как он происходит? Какими особенностями отличаются ПУ, работаюшие в режиме программного ввода-вывода? 5. Как организован ввод-вывод в компьютерах различных классов? 6. Как формируется код символа в клавиатуре? Как он передается в память компьютера? 7. Каково назначение мыши? Поясните принцип работы оптнко-механической мыши.
8. На чем основана работа оптической мыши? Поясните принцип ее работы. 9. Каково назначение алфавитно-цифрового дисплея? Что такое маркер н как нм управляют? 10. В чем принцип работы дисплея на базе ЭЛТ? Что такое частота регенерации изображения н чему она равна в современных дисплеях'! 224 11, Как работает ЖК-дисплей? Что такое разрешающая способность? Какой разрешающей способностью обладают современные дисплеи? 12, Какие принтеры в настоящее время наиболее распространены? Какая разрешающая способность для них характерна? 13, Как работает струйный принтер? Какими достоинствами и недостатками он обладает? 14, Как работает лазерный принтер? Перечислите все этапы формирования изображения. 15. Что представляет собой ГМД? Какой стандартный объем пользовательской информации он вмещает? 16.
Как хранится информация на гибком диске? Что такое дорожка, сектор, цилинлр? Как отмечается начало дорожки? 17. Приведите примерные временные характеристики накопителя на ГМД. 18. Какие особенности характерны для современных накопителей на ЖМД? Какие объемы информации они способны хранить? 19. Какие способы магнитной записи применяются сегодня для НЖМД, НГМД? 20. Приведите структурную схему НЖМД.
Как он устроен? 21. Каковы достоинства и недостатки оптических дисков СВ-КОМ, СР-К, СР-й%? 22. Как производится запись информации на диски СО-КОМ, СР-К? 23. Каким образом осуществляются запись и чтение информации с дисков СР-К%? 24. Чем вызвано малое быстродействие дисков СП-й%? 25. Что представляет собой стример? Как производится запись информации на ленту стримера? 2б. Каково назначение стримера? Какими характеристиками он обладает? 27.
Что представляет собой флэш-память? Где и как она используется? 28. Что такое модем? Какие задачи он решает? 29. Для каких каналов передачи данных предназначены модемы? ГЛАВА В ОРГАНИЗАЦИЯ МУЛЬТИПРОЦЕССОРНЫХ И МНОГОМАШИННЫХ СИСТЕМ 9.1. Общие сведения Компьютеры создавались для облегчения и ускорения вычислений и обработки больших объемов данных. Это требовало от них высокого быстродействия и надежности. Но последовательность выполнения команд, положенная в основу архитектуры фон-Неймана, не позволяла добиться быстрого и надежного решения задач.
На каждом этапе развития вычислительной техники строились вычислительные системы (ВС)„обладаюшие наивысшими показателями быстродействия, производительности, а часто и надежности. Отличительной особенностью таких суперЭВМ стала параллельная обработка информации. Для ее реализации требовались ВС, состояшие из множества процессоров и средств связи между ними; так появились многомашинные и многопроцессорные комплексы, а впоследствии и компьютерные сети. Объединение нескольких процессоров в единую ВС увеличивает ее стоимость за счет необходимых дополнительных средств и наличия обшей памяти, но позволяет экономить на ПУ. Любой параллельный алгоритм может быть преобразован к последовательному виду, поэтому последовательная форма представления алгоритма является универсальной.
Реализация его сводится к поочередному выполнению операций в единственном устройстве — процессоре. Прямая реализация параллельного алгоритма требует одновременной работы нескольких процессоров с последуюшей пересылкой промежуточных результатов между ними. Параллельная ВС должна соответствовать структуре алгоритма; она не может быть универсальной. Параллельная ВС состоит из и процессоров.
Приобретая ее, покупатель надеется ускорить процесс вычислений в и раз. Однако такого ускорения он никогда не получит. Это связано с тем, что невозможно представить программу, равномерно распараллеленную по и процессорам. Процесс вычислений любого алгоритма в параллельной ВС развертывается как в пространстве, так и во времени. Структур~ параллельной ВС точно соответствует структуре алгоритма: все независимые операторы выполняются параллельно (т.е. одновре- 226 енно во времени) на отдельных процессорных элементах. Число яких процессорных элементов должно быть не меньше макси„ального числа параллельных процессов в каждый момент времени, Каждая задача имеет последовательную часть, например прорамму запуска или управления операциями ввода-вывода, котоая должна выполняться только одним из процессоров.
Промежуочные результаты также должны пересылаться между процессорамн, однако в данном случае не учитывается время на пересылку и управление взаимодействием процессов, хотя эти управляющие процессы носят сугубо последовательный характер. Допустим, что доля затрат времени на выполнение зависимых последовательных процессов составляет з (т.е. доля времени на выполнение сугубо последовательного кода), а доля затрат на выполнение независимых процессов (т.е. доля времени на выполнение частей программы, которые могут выполняться параллельно) в последовательной машине — р. Тогда очевидно, что з+ р = 1. Пусть при этих условиях длительность решения задачи в последовательной машине составляет Т,.
Для ускорения обработки в «идеальной» параллельной машине предусмотрим Ф процессорных элементов, на которые возложим решение всех независимых процессов. Тогда время реализации того же алгоритма в параллельной машине Т,= (з+ р/)У)Т,. Коэффициент ускорения, т.е. отношение времени решения задачи на последовательной машине ко времени решения той же задачи на параллельной, определяется из следующего выражения: lс = Т,/Т» = 1/(з + р/Ф), а при увеличении числа независимых процессов он асимптоти- чески приближается к величине ?г = 1/з. Это выражение носит название закона Амдала (Д.
Амдал — один из разработчиков всемирно известной системы? ВМ 360) и характеризует предельные возможности ускорения обработки за счет организации параллельных вычислений. Поскольку в любой программе имеется значительная доля последовательных операций, например, связанных с вводом-выводом, управлением, переходамн и т.д., то возможности параллельной обработки ограничены. Кроме того, при параллельной обработке возникает необходимость в дополнительных действиях, связанных с обменом данными между отдельными процессорами, распределением задач и т.п. Однако на больших параллельных ВС решается не одна, а сразу несколько независимых задач. Обычно пользователь стремится не сокращать время решения на параллельной ВС, а усложнить зада- 227 чу для нахождения более точных решений. Как правило, тако усложнение связано с увеличением параллельной части програм мы.
Все это позволяет утверждать, что реальное ускорение пр„ практических выполняемых задачах значительно выше. Впервы это положение было сформулировано Д. Густафсоном в!980-х „„ 9.2. Классификация систем с несколькими процессорами Чтобы ориентироваться в многообразии современных ВС, не обходима определенная система классификации. Классификация ВС может выполняться с различных точек зрения, например с позиций пользователя, по архитектурным или структурным при знакам и т.д.
Так, пользователя интересует круг решаемых задач, производительность ВС, наличие средств программирования и отладки, а также стоимость ВС. С этих позиций все системы можно подразделить на универсальные, проблемно-ориентированные и специализированные; одно- и мультипроцессорные; персональные и серверы. Если ВС обеспечивает высокие показатели быстродействия на широком классе задач, то она универсальна и способна решать задачи других классов, но при этом ее производительность значительно падает. Добиться высоких показателей быстродействия для широкого класса задач сложно и дорого.
Для снижения затрат строят специализированные системы, обладающие высокой производительностью при решении задач из узкого класса. Во многих случаях специализированные системы не могут решать задачи других классов и оправданы только в том случае, когда выполняемые ими задачи встречаются достаточно часто или отсутствуют другие пути их решения.
Такие ВС предназначены для систем реального времени при управлении обьектами и технологическими процессами. Проблемно-ориентированные ВС занимают промежуточное положение между универсальными и специализированными системами. Наиболее известны системы, предназначенные для числовой обработки (суперЭВМ), процессоры быстрого преобразования Фурье, обработки речевых сигналов, машины логических выводов и др.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
