Тема 2_2010 Общие принципы (987273), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Модульная конструкция ЭВМделает ее открытой системой, способной к адаптации и совершенствованию. К ЭВМ можноподключать дополнительные устройства, улучшая ее технические и экономическиепоказатели. Появляется возможность увеличения вычислительной мощности, улучшенияструктуры путем замены отдельных устройств на более совершенные, изменения иуправления конфигурацией системы, приспособления ее к конкретным условиямприменения в соответствии с требованиями пользователей.В современных ЭВМ принцип децентрализации и параллельной работыраспространен как на периферийные устройства, так и на сами ЭВМ (процессоры).Появились вычислительные системы, содержащие несколько вычислителей (ЭВМ илипроцессоры), работающие согласованно и параллельно. Внутри самой ЭВМ произошло ещеболее резкое разделение функций между средствами обработки. Появились отдельныеспециализированные сопроцессоры, например сопроцессоры, выполняющие обработку чиселс плавающей точкой, матричные процессоры и др.Все существующие типы ЭВМ выпускаются семействами, в которых различаютстаршие и младшие модели.
Всегда имеется возможность замены более слабой модели наболее мощную. Это обеспечивается информационной, аппаратурной и программнойсовместимостью. Программная совместимость в семействах устанавливается по принципуснизу-вверх, т.е. программы, разработанные для ранних и младших моделей, могутобрабатываться и на старших, но не обязательно наоборот.Модульность структуры ЭВМ требует стандартизации и унификации оборудования,номенклатуры технических и программных средств, средств сопряжения - интерфейсов,конструктивных решений, унификации типовых элементов замены, элементной базы инормативно-технической документации. Все это способствует улучшению технических иэксплуатационных характеристик ЭВМ, росту технологичности их производства.Децентрализация управления предполагает иерархическую организацию структурыЭВМ.
Централизованное управление осуществляет устройство управления главного, илицентрального, процессора. Подключаемые к центральному процессору модули (контроллерыи КВВ) могут, в свою очередь, использовать специальные шины или магистрали для обменауправляющими сигналами, адресами и данными. Инициализация работы модулейобеспечивается по командам центральных устройств, после чего они продолжают работу пособственным программам управления. Результаты выполнения требуемых операцийпредставляются ими “вверх по иерархии” для правильной координации всех работ.Иерархический принцип построения и управления характерен не только дляструктуры ЭВМ в целом, но и для отдельных ее подсистем. Например, поэтому же принципустроится система памяти ЭВМ.Так, с точки зрения пользователя желательно иметь в ЭВМ оперативную памятьбольшой информационной емкости и высокого быстродействия.
Однако одноуровневоепостроение памяти не позволяет одновременно удовлетворять этим двум противоречивымтребованиям. Поэтому память современных ЭВМ строится по многоуровневому,пирамидальному принципу.В состав процессоров может входить сверхоперативное запоминающее устройствонебольшой емкости, образованное несколькими десятками регистров с быстрым временемдоступа (единицы нс).
Здесь обычно хранятся данные, непосредственно используемые вобработке.Следующий уровень образует кэш-память или память блокнотного типа. Онапредставляет собой буферное запоминающее устройство, предназначенное для храненияактивных страниц объемом десятки и сотни Кб.
Время обращения к данным составляет 10-20нс, при этом может использоваться ассоциативная выборка данных. Кэш-память, как болеебыстродействующая ЗУ, предназначается для ускорения выборки команд программы иобрабатываемых данных. Сами же программы пользователей и данные к ним размещаются воперативном запоминающем устройстве (емкость - миллионы машинных слов, времявыборки - до 100 нс).Часть машинных программ, обеспечивающих автоматическое управлениевычислениями и используемых наиболее часто, может размещаться в постоянномзапоминающем устройстве (ПЗУ).
На более низких уровнях иерархии находятся внешниезапоминающие устройства на магнитных носителях: на жестких и гибких магнитных дисках,магнитных лентах, магнитооптических дисках и др. Их отличает более низкоебыстродействие и очень большая емкость.Организация заблаговременного обмена информационными потоками между ЗУразличных уровней при децентрализованном управлении ими позволяет рассматриватьиерархию памяти как единую абстрактную кажущуюся (виртуальную) память.Согласованная работа всех уровней обеспечивается под управлением программоперационной системы. Пользователь имеет возможность работать с памятью, намногопревышающей емкость ОЗУ.Децентрализация управления и структуры ЭВМ позволила перейти к более сложныммногопрограммным (мультипрограммным) режимам. При этом в ЭВМ одновременно можетобрабатываться несколько программ пользователей.В ЭВМ, имеющих один процессор, многопрограммная обработка являетсякажущейся.
Она предполагает параллельную работу отдельных устройств, задействованныхв вычислениях по различным задачам пользователей. Например, компьютер можетпроизводить распечатку каких-либо документов и принимать сообщения, поступающие поканалам связи. Процессор при этом может производить обработку данных по третьейпрограмме, а пользователь - вводить данные или программу для новой задачи, слушатьмузыку и т.п.В ЭВМ или вычислительных системах, имеющих несколько процессоров обработки,многопрограммная работа может быть более глубокой.
Автоматическое управлениевычислениями предполагает усложнение структуры за счет включения в ее состав систем иблоков, разделяющих различные вычислительные процессы друг от друга, исключающиевозможность возникновения взаимных помех и ошибок (системы прерываний и приоритетов,защиты памяти). Самостоятельного значения в вычислениях они не имеют, но являютсянеобходимым элементом структуры для обеспечения этих вычислений.Как видно, более чем полувековая история развития ЭВТ дала не очень широкий спектросновных структур ЭВМ. Все приведенные структуры не выходят за пределы классическойструктуры фон Неймана. Их объединяют следующие Традиционные признаки:• ядро ЭВМ образует процессор - единственный вычислитель в структуре, дополненныйканалами обмена информацией и памятью;• линейная организация ячеек всех видов памяти фиксированного размера;• одноуровневая адресация ячеек памяти, стирающая различия между всеми типамиинформации;• внутренний машинный язык низкого уровня, при котором команды содержатэлементарные операции преобразования простых операндов;• последовательное централизованное управление вычислениями;• достаточно примитивные возможности устройств ввода-вывода.Несмотря на все достигнутые успехи, классическая структура ЭВМ не обеспечиваетвозможностей дальнейшего увеличения производительности.
Наметился кризис,обусловленный рядом существенных недостатков: плохо развитые средства обработки нечисловых данных (структуры, символы,предложения, графические образы, звук, очень большие массивы данных и др.); несоответствие машинных операций операторам языков высокого уровня; примитивная организация памяти ЭВМ; низкая эффективность ЭВМ при решении задач, допускающих параллельнуюобработку и т.п.Все эти недостатки приводят к чрезмерному усложнению комплекса программныхсредств, используемого для подготовки и решения задач пользователей.В ЭВМ будущих поколений, с использованием в них «встроенного искусственногоинтеллекта», предполагается дальнейшее усложнение структуры; В-первую очередь этокасается совершенствования процессов общения пользователей с ЭВМ (использованиеаудио-, видеоинформации, систем мультимедиа и др.), обеспечения доступа к базам данныхи базам знаний, организации параллельных вычислений.
Несомненно, что этому должнысоответствовать новые параллельные структуры с новыми принципами их построения, вкоторых более выгодным является показатель отношения производительности /стоимость..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
