Загрузка...
Учебная работа. Реферат: Архітектура обчислювальної системи Класифікація комп ютерів
Архітектура обчислювальної системи.
Класифікація компьютер‘ютерів
Сукупність пристроїв, призначених для автоматичної або автоматизованої обробки інформації називають обчислювальною технікою
.
Конкретний набір, пов’язаних між собою пристроїв, називають обчислювальною системою
.
Центральним пристроєм
більшості обчислювальних систем є електронна обчислювальна машинка (ЕОМ) або компьютер‘ютер.
Архітектура компьютер’ютера
Компьютер’ютер
— це електронний пристрій, що виконує операції введення інформації, зберігання та оброблення її за певною програмою, виведення одержаних результатів у формі, придатній для сприйняття людиною. За кожну з названих операцій відповідають спеціальні блоки компьютер‘ютера:
· пристрій введення,
· центральний процесор,
· запам’ятовуючий пристрій,
· пристрій виведення.
Всі ці блоки складаються з окремих дрібніших пристроїв. Зокрема в центральний процесор можуть входити арифметико-логічний пристрій (АЛП), внутрішній запам’ятовуючий пристрій у вигляді регістрів процесора та внутрішньої кеш-пам’яті, керуючий пристрій (КП). Пристрій введення, як правило, теж не є однією конструктивною одиницею. Оскільки види інформації, що вводиться, різноманітні, джерел може бути декілька. Це стосується і пристрою виведення.
Запам’ятовуючий пристрій — це блок ЕОМ, призначений для тимчасового (оперативна пам’ять) та тривалого (постійна пам’ять) зберігання програм, вхідних і результуючих даних та деяких проміжних результатів. Інформація в оперативній пам’яті зберігається тимчасово лише при включеному живленні, але оперативна пам’ять має більшу швидкодію. В постійній пам’яті дані можуть зберігатися навіть при вимкненому компьютер‘ютері, проте швидкість обміну даними між постійною пам’яттю та центральним процесором, у переважній більшості випадків, значно менша.
Арифметико-логічний пристрій
— це блок ЕОМ, в якому відбувається перетворення даних за командами програми: арифметичні дії над числами, перетворення кодів та ін.
Керуючий пристрій
координує боту всіх блоків компьютер‘ютера. У певній послідовності він вибирає з оперативної пам’яті команду за командою. Кожна команда декодується, за потреби елементи даних з указаних в команді комірок оперативної пам’яті передаються в АЛП. АЛП настроюється на виконання дії, вказаної поточною командою (в цій дії можуть брати участь також пристрої введення-виведення); дається команда на виконання цієї дії.
Цей процес буде продовжуватися доти, доки не виникне одна з наступних ситуацій: вичерпано вхідні дані, з 1-го з пристроїв надійшла команда на припинення роботи, вимкнено живлення компьютер‘ютера.
Описаний принцип побудови ЕОМ носить назву архітектури фон Неймана
— американського вченого угорського походження Джона фон Неймана, який її запропонував.
Сучасну архітектуру компьютер‘ютера
визначають також такі принципи:
· Принцип програмного керування
. Забезпечує автоматизацію процесу обчислень на ЕОМ. Згідно з цим принципом, запропонованим англійським математиком Ч.Беббіджем у 1833 р., для розв’язання кожної задачі складається програма, що визначає послідовність дій компьютер‘ютера. Ефективність програмного керування є високою тоді, если задачка розв’язується за тією самою програмою багато разів (хоч і за різних початкових даних).
· Принцип програми, що зберігається в пам’яті
. Згідно з цим принципом, сформульованим Дж. фон Нейманом, команди програми подаються, як і дані, у вигляді чисел й обробляються так само, як і числа, а сама програма перед виконання завантажується в оперативну пам’ять. Це прискорює процес її виконання.
· Принцип довільного доступу до пам’яті
. Згідно з цим принципом, елементи програм та даних можуть записуватися у довільне місце оперативної пам’яті. Довільне місце означає можливість звернутися до будь-якої заданої адреси (до конкретної ділянки пам’яті) без перегляду попередніх.
На підставі цих приниців можна стверджувати, що сучасний компьютер‘ютер — технічний пристрій, який після введення в пам’ять початкових даних у вигляді цифрових кодів і програми їх обробки, вираженої також цифровими кодами, здатний автоматично здійснити обчислювальний процес, заданий програмою, і видати готові результати розв’язання задачі у формі придатній для сприйняття людиною.
Реальна структура компьютер’ютера значно складніша, ніж розглянута вище (її можна назвати логічної структурою). У сучасних компьютер‘ютерах, зокрема персональних, все частіше здійснюється відхід від традиційної архітектури фон Неймана, зумовлений прагненням розробників та користувачів до підвищення якості та продуктивності компьютер‘ютерів. Якість ЕОМ
характеризується багатьма показниками. Це і набір установок, які компьютер‘ютер здатний розуміти, і швидкість роботи (швидкодія) центрального процесора, кількість периферійних пристроїв введення-виведення, які можна приєднати до компьютер‘ютера одночасно і т.д. Головним показником є швидкодія
— кількість операцій, яку процесор здатний виконати за одиницю часу. На практиці корситувача більше цікавить продуктивність компьютер‘ютера — показник його ефективної швидкодії, тобто здатності не попросту швидко функціонувати, а швидко розв’язувати конкретні поставлені задачі.
Як итог, всі ці та інші фактори спричинили принципове і конструктивне вдосконалення елементної бази компьютер‘ютерів, тобто створення нових, більш швидких, надійних і зручних у роботі процесорів, запам’ятовуючих пристроїв, пристроїв введення-виведення і т.д. Проте, слід усвідомлювати, що швидкість роботи елементів неможливо збільшувати безмежно (існують сучасні технологічні обмеження та обмеження, зумовлені фізичними законами). Тому розробники компьютер‘ютерної техніки шукають вирішення цієї проблеми вдосконаленням архітекутри ЕОМ.
Так, з’явилися компьютер‘ютери з багатопроцесорною архітектурою
, в яких кілька процесорів працюють одночасно, а це означає, що продуктивність такового компьютер‘ютера дорівнює сумі продуктивностей процесорів. У потужних компьютер‘ютерах, призначених для складних інженерних розрахунків і систем автоматизованого проектування (САПР), нередко встановлюють два або чотири процесори. У надпотужних ЕОМ (такі машини можуть, наприклад, моделювати ядерні реакції в режимі настоящего часу, передбачати погоду в глобальному масштабі) кількість процесорів досягає кількох десятків.
Швидкість роботи компьютер‘ютера істотно залежить від швидкодії оперативної пам’яті
. Тому постійно ведуться пошуки елементів для оперативної пам’яті, які потребували б якомога менше часу на операції читання-запису. Але разом із швидкодією зростає вартість елементів пам’яті, тому нарощення швидкодійної оперативної пам’яті потрібної ємності не завжди прийнятна економічно.
неувязка вирішується побудовою багаторівневої пам’яті.
Оперативна пам’ять складається
з двох-трьох частин: основна частина великої ємності будується на відносно повільних (більш дешевих) елементах, а додаткова (так звана кеш-пам’ять) складається зі швидкодійних елементів. Дані, до яких процесор звертається найчастіше містяться в кеш-пам’яті, а більший обсяг оперативної інформації зберігається в основній пам’яті.
Раніше роботою пристроїв введення-виведення керував центральний процесор, що займало в нього чимало часу. Архітектура сучасних компьютер‘ютерів передбачає наявність каналів прямого доступу до оперативної пам’яті для обміну даними з пристроями введення-виведення без участі центрального процесора, а також передачу більшості функцій керування периферійними пристроями спеціалізованим процесорам, що розвантажує центральний процесор і підвищує його продуктивність.
Методи класифікації компьютер‘ютерів.
Номенклатура видів компьютер’ютерів на сьогодні величезна: машини розрізняються за призначенням, потужністю, розмірами, елементною базою і т.д. Тому класифікують ЕОМ за різними ознаками. Слід зауважити, що будь-яка класифікація є певною мірою умовна, оскільки розвиток компьютер‘ютерної науки і техніки настільки стрімкий, що, наприклад, сьогоднішня мікро-ЕОМ не поступається за потужністю міні-ЕОМ п’ятирічної давності і навіть суперкомп’ютерам віддаленішого минулого. Крім того, зарахування компьютер‘ютерів до певного класу досить умовне як через нечіткість розмежування груп, так і в наслідок впровадження в практику замовного складання компьютер‘юерів, если номенклатуру вузлів і конкретні моделі їх адаптують до вимог замовника. Розглянемо найбільш поширені критерії класифікації компьютер‘ютерів.
Класифікація за призначенням
· великі електронно-обчислювальні машини (ЕОМ);
· міні ЕОМ;
· мікро ЕОМ;
· персональні компьютер‘ютери.
Великі ЕОМ
(Main Frame)
Застосовують для обслуговування величавых галузей народного господарства.
Вони характеризуються 64-розрядними паралельно працюючими процесорами (кількість яких досягає до 100), інтегральною швидкодією до десятків мільярдів операцій за секунду, багатокористувацьким режимом роботи.
Домінуюче положення у випуску компьютер‘ютерів такового класу займає фірма IBM (США
Центральний процесор
— основний блок ЕОМ, у якому відбувається обробка даних і обчислення результатів. Уявляє собою декілька системних блоків в окремій кімнаті, де підтримується постійна температура та вологість повітря.
Група системного програмування
— займається розробкою, відлагодженням і втіленням програмного забезпечення, потрібного для функціонування обчислювальної системи. Системні програми забезпечують взаємодію програм з обладнанням, тобто програмно-апаратний інтерфейс обчислювальної системи.
Група прикладного програмування
— займається створенням програм для виконання конкретних дій з даними, тобто забезпечення користувацького інтерфейсу обчислювальної системи.
Група підготовки даних
— займається підготовкою даних, які будуть опрацьовані на прикладних програмах, створених прикладними програмістами.
Зокрема, це набір тексту, сканування зображень, заповнення баз даних.
Група технічного забезпечення
— займається технічним обслуговуванням всієї обчислювальної системи, ремонтом та налагодженням апаратури, під’єднанням нових пристроїв.
Група інформаційного забезпечення
— забезпечує технічною інформацією всі підрозділи обчислювального центру, створює і зберігає архіви розроблених програм (бібліотеки програм) та накопичених даних (банки даних).
Відділ видачі даних
— отримує дані від центрального процесора і перетворює їх у форму, зручну для замовника (роздрук).
Величавым ЕОМ притаманна висока вартість обладнання та обслуговування, тому бота організована у неперервний цикл.
Міні ЕОМ
Подібна до величавых ЕОМ, але менших розмірів. Використовують у величавых підприємствах, наукових закладах і установах. Нередко використовують для керування виробничими процесами. Характеризуються мультипроцесорною архітектурою, підключенням до 200 терміналів, дисковими запам’ятовуючими пристроями, що нарощуються до сотень гігабайт, розгалуженою периферією.
Для організації роботи з мініЕОМ, потрібен обчислювальний центр, але менший ніж для величавых ЕОМ.
МікроЕОМ
Доступні багатьом установам. Для обслуговування достатньо обчислювальної лабораторії у складі декількох чоловік, з наявністю прикладних програмістів. Необхідні системні програми купуються разом з мікроЕОМ, розробку прикладних програм замовляють у величавых обчислювальних центрах або спеціалізованих організаціях.
Програмісти обчислювальної лабораторії займаються втіленням придбаного або замовленого програмного забезпечення, виконують його налаштування і узгоджують його боту з іншими програмами та пристроями компьютер‘ютера.
Можуть вносити зміни в окремі фрагменти програмного та системного забезпечення.
Персональні компьютер‘ютери
Бурхливий розвиток набули в останні 20 років. Персональний компьютер‘ютер (ПК ) призначений для обслуговування 1-го робочого місця і спроможний задовольнити потреби малих підприємств та окремих осіб. З появою Інтернету популярність зросла значно вище, оскільки за допомогою индивидуального компьютер‘ютера можна користуватись науковою, довідковою, учбовою та розважальною інформацією.
Персональні компьютер‘ютери умовно можна поділити на професійні та побутові
, але в зв’язку із здешевленням апаратної частини, межі між нами розмиваються. З 1999 року задіяний міжнародний сертифікаційний эталон — специфікація РС99:
· масовий персональний компьютер‘ютер (Consumer PC)
· діловий персональний компьютер’ютер (Office PC)
· портативний персональний компьютер‘ютер (Mobile PC)
· робоча станція (WorkStation)
· розважальний персональний компьютер‘ютер (Entertaiment PC)
Більшість персональних компьютер’ютерів на ринку підпадають до категорії масових ПК . Ділові ПК — мають мінімум засобів відтворення графіки та звуку. Портативні ПК відрізняються наявністю засобів з’єднання віддаленого доступу (компьютер‘ютерний зв’язок). Робочі станції — збільшені вимоги до пристроїв збереження даних. Розважальні ПК — основний упор до засобів відтворення графіки та звуку.
Класифікація по рівню спеціалізації
· універсальні;
· спеціалізовані.
На базі універсальних ПК можна створити будь-яку конфігурацію для роботи з графікою, текстом, музикою, відео тощо. Спеціалізовані ПК створені для рішення конкретних задач, зокрема, бортові компьютер‘ютери у літаках та автомобілях. Спеціалізовані мініЕОМ для роботи з графікою (кіно- відеофільми, реклама) називаються графічними станціями. Спеціалізовані компьютер’ютери, що о’єднують компьютер‘ютери у єдину мережу, називаються файловими серверами. компьютер‘ютери, що забезпечують передачу інформації через Інтернет,
називаються мережними серверами.
Класифікація за розміром
· настільні (desktop);
· портативні (Notebook);
· кишенькові (palmtop).
Найбільш поширеними є настільні ПК , які дають змогу просто змінювати конфігурацію. Портативні зручні для користування, мають засоби компьютер‘ютерного зв’язку. Кишенькові моделі можна назвати „інтелектуальними” записниками, дозволяють зберігати оперативні дані і отримувати швидкий
доступ.
Класифікація за сумісністю
Існує безліч видів і типів компьютер‘ютерів, що збираються з деталей, які виготовлені різними виробниками. Важливим є сумісність забезпечення компьютер‘ютера:
· апаратна сумісність (платформа IBM PC та Apple Macintosh)
· сумісність на рівні операційної системи;
· програмна сумісність;
· сумісність на рівні даних.
]]>