Основные характеристики ЭВМ

Принципы фон-Неймана (перечислите). В чем состоит принцип программного управления обработкой информации? Пример.

Принципы фон-Неймара: Принцип однородности памяти, Принцип адресуемости памяти, Принцип последовательного программного управления, Принцип жесткости архитектуры.

Так же в некоторых источниках указывается принцип двоичного кодирования, но существовали машины, работающие с троичным и с десятичным кодом.

Принцип программного управления в цифровых вычислительных машинах реализуется с использованием операционно-адрес-ной организации процесса управления переработкой информации. При этом представляемая в ЦВМ информация рассматривается как множество слов и подразделяется на информацию об алгоритме - управляющие слова и на информационные слова, над которыми выполняются операции, предписываемые алгоритмом.

Принцип программного управления в цифровых вычислительных машинах состоит в следующем:

- информация кодируется в двоичной форме и разделяется на единицы (элементы) информации — слова;

- разнотипные слова информации различаются по способу использования, но не способами кодирования;

- слова информации размещаются в ячейках памяти машины и идентифицируются номерами ячеек, которые называются адресами слов;

- алгоритм представляется в форме последовательности управляющих слов — команд, которые определяют наименование операции и слова информации, участвующие в операции. Алгоритм, представленный в терминах машинных команд, называется программой;

- выполнение вычислений, предписанных алгоритмом, сводится к последовательному выполнению команд в порядке, однозначно определяемом программой. Первой выполняется команда, заданная пусковым адресом программы. Обычно это адрес первой команды программы. Адрес следующей команды однозначно определяется в процессе выполнения текущей команды и может быть либо адресом следующей по порядку команды, либо адресом любой другой команды. Процесс вычислений продолжается до тех пор, пока не будет выполнена команда, предписывающая прекращение вычислений.

Более кратко: Принцип программного управления компьютером сводится к следующим трем положениям:

1) любая работа выполняется компьютером по программе;

2) исполняемая программа находится в оперативной памяти;

3)программа выполняется автоматически.

Из википедии: Принцип последовательного программного управления предполагает, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

Основные характеристики ЭВМ

За время существования компьютеров было разработано несколько сотен моделей ЭВМ. Некоторые получили большое распространение и повлияли на развитие современной компьютерной техники, другие давно забыты. Но у всех этих машин был сходный перечень основных характеристик.
Общим и наиболее важными параметром для всех компьютеров является быстродействие. Оно часто измеряется в единицах, которые называются ФЛОПС – количество арифметических операций в секунду. Первые ЭВМ имели быстродействие в несколько сотен ФЛОПС, современные суперЭВМ достигают скорости в несколько десятков ТераФЛОПС. Единицы кратности:

МФЛОПС (МегаФЛОПС) - 1 миллион арифметических операций в секунду;
ГФЛОПС (ГигаФЛОПС) - 1 миллиард арифметических операций в секунду;
ТФЛОПС (ТераФЛОПС) - 1 триллион арифметических операций в секунду

Быстродействие ЭВМ определяется более частными техническими характеристиками основных узлов (процессора, ОЗУ, шин и т.д.).
На быстродействие компьютера непосредственным образом влияет процессор. Его характеристикой является тактовая частота. Любая операция процессора состоит из отдельных элементарных действий – тактов. Чем чаще следуют такты, тем быстрее будет выполнена операция, состоящая из фиксированного числа тактов. Тактовая частота определяется количеством импульсов в секунду и измеряется в Герцах (количество импульсов за 1 сек). Она имеет ту же кратность, что и ФЛОПС, т.е. МГц (МегаГерц), ГГц (ГигаГерц).
Еще одной характеристикой процессора является разрядность. Под разрядностью обычно понимают число одновременно обрабатываемых процессором битов. Первый процессор Intel-4004 имел разрядность 4 бита, сейчас современные персональные компьютеры оснащаются 64-битными процессорами.
В последних моделях процессоров появилась встоенная КЭШ - память, объем и структура которой сильно влияют на быстродействие ЭВМ.
Кроме процессора разрядность имеют и шины компьютера (шина данных и шина адреса). Разрядность шины данных влияет на длину обрабатываемых данных, а разрядность шины адреса определяет максимальный объем памяти, с которым способен работать процессор. Она может быть вычислена по формуле - 2 в степени R (R – разрядность шины адреса). Размер оперативной памяти (ОЗУ) так же влияет на быстродействие компьютера. Память измеряется в байтах (единицы кратности: Мбайт, Гбайт, Тбайт). Первые персональные ЭВМ имели до 64 Кбайт ОЗУ, сейчас эта величина колеблется от сотен Мбайт в недорогих машинах до десятков Тбайт в суперЭВМ.
Для долговременного хранения необходимой компьютеру информации оперативная память не подходит. Здесь нужна более объемная внешняя память (ВЗУ), способная сохранять информацию при отключенном электропитании. В характеристику ЭВМ входят основные параметры ВЗУ- тип, время доступа и емкость. Для персональных компьютеров объем внешней памяти сейчас составляет десятки и сотни Гбайт, а для суперЭВМ - десятки и сотни Тбайт.
Сравнение по быстродействию различных типов ЭВМ, не обеспечивает достоверных оценок. Очень часто вместо характеристики быстродействия используют связанную с ней производительность. Производительность это объем работы, осуществляемой ЭВМ в единицу времени. В целом оценка производительности ЭВМ является сложной задачей. На производительность ЭВМ оказывает влияние очень много факторов: тип задачи, число тех или иных операций при ее выполнении, стиль управления и др. Поэтому производительность ЭВМ оценивается по выполнению смеси команд, формируемых путем анализа частоты использования разного рода команд при решении достаточно широкого класса задач. На основании такого анализа каждой команде присваивают определенный весовой коэффициент. В настоящее время наиболее признанной является смесь Гибсона. Применяются также относительные характеристики производительности. Фирма Intel для оценки процессоров предложила тест, получивший название индекс iCOMP (Intel Comparative Microprocessor Performance). При его определении учитываются четыре главных аспекта производительности: работа с целыми числами, с плавающей запятой, графикой и видео. Данные имеют 16- и 32-разрядное представление. Каждый из восьми параметров при вычислении участвует со своим весовым коэффициентом, определяемым по усредненному соотношению между этими операциями в реальных задачах.
Кроме технических показателей ЭВМ характеризуется эффективностью и надежностью при эксплуатации. Показатель эффективности определяется отношением производительности к стоимости изготовления и эксплуатации ЭВМ. Надежность это способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени. Она определяется вероятностью безотказной работы ЭВМ в течении определенного периода времени. Высокая надежность ЭВМ закладывается в процессе ее производства. Применеие сверхбольших интегральных схем (СБИС) резко сокращает число используемых интегральных схем, а значит, и число их соединений друг с другом. Модульный принцип построения позволяет легко проверять и контролировать работу всех устройств, проводить диагностику и устранение неисправностей.
Необходимо учитывать, что элементная база компьютеров развивается с большой скоростью, и сегодняшние стандарты для больших ЭВМ через несколько лет могут стать стандартами для персональных компьютеров.

6.Технико-эксплуатационные характеристики ЭВМ

Основным техническим параметром ЭВМ является ее быстродействие. Быстродействие ЭВМ - среднестатистическое число операций (кроме операций ввода, вывода и обращения к внешним запоминающим устройствам), выполняемых вычислительной машиной в единицу времени (номинальное быстродействие); один из основных параметров ЭВМ, характеризующий её производительность.

Различают следующие виды быстродействия:

-пиковое (предельное) - это быстродействие процессора без учета времени обращения к оперативной памяти (ОП) за операндами;

-номинальное - быстродействие процессора при взаимодействии с ОП;

-системное - быстродействие базовых технических и программных средств, входящих в комплект поставки ЭВМ;

Методы определения быстродействия разделяются на три основных группы:

-расчетные, основанные на информации, получаемой теоретическим или эмпирическим путем;

-экспериментальные, основанные на информации, получаемой с использованием аппаратно-программных измерительных средств;

-имитационные, применяемые для сложных ЭВМ.

Для каждого вида быстродействия применяются следующие традиционные методы их определения.

Пиковая производительность (быстродействие) определяется средним числом команд типа «регистр-регистр», выполняемых в одну секунду без учета их статистического веса в выбранном классе задач.

Номинальная производительность (быстродействие) определяется средним числом команд, выполняемых подсистемой «процессор-память» с учетом их статистического веса в выбранном классе задач. Она рассчитывается, как правило, по формулам и специальным методикам, предложенным для процессоров определенных архитектур, и измеряется с помощью разработанных для них измерительных программ, реализующих соответствующую эталонную нагрузку.

Для данных типов производительностей использовались следующие единицы измерения:

MIPS (Mega Instruction Per Second) - миллион целочисленных операций в секунду (применялась ограниченно, лишь для некоторых процессорных архитектур);

MFLOPS (Mega Floating Operations Per Second) - миллион операций над числами с плавающей запятой в секунду (применяется до сих пор);

GFLOPS (Giga Floating Operations Per Second) - миллиард операций над числами с плавающей запятой в секунду;

TFLOPS (Tera Floating Operations Per Second) - триллион операций над числами с плавающей запятой в секунду.

Системная производительность измеряется с помощью синтезированных типовых (тестовых) оценочных программ, реализованных на унифицированных языках высокого уровня. Унифицированные тестовые программы используют типичные алгоритмические действия, характерные для реальных применений, и штатные компиляторы ЭВМ. Они рассчитаны на использование базовых технических средств и позволяют измерять производительность для расширенных конфигураций технических средств. Результаты оценки системной производительности ЭВМ конкретной архитектуры приводятся относительно базового образца, в качестве которого используются ЭВМ, являющиеся промышленными стандартами систем ЭВМ различной архитектуры. Результаты оформляются в виде сравнительных таблиц, двумерных графиков и трехмерных изображений.

Очень часто при сравнении компьютеров пользуются отношением производительности к стоимости.

Другая не менее важная техническая характеристика ЭВМ - ёмкость памяти - определяется максимальным количеством данных, которые могут в ней храниться. Ёмкость измеряется в двоичных единицах (битах), машинных словах, но большей частью в байтах. Часто ёмкость памяти выражают через число К = 1024. Т.о. для измерения ёмкости различных типов запоминающих устройств используют следующие обозначения:

1байт = 8 бит,

1Кбит (килобит) = 1024 бит,

1Кбайт (килобайт) = 1024 байт,

1 Мбайт (Мегабайт) = 1024Кбайт,

1 Гбайт (гигабайт) = 1024 Мбайт,

1 Тбайт (терабайт) = 1024 Гбайт.

К другим технико-эксплуатационным характеристикам ЭВМ относятся:

¨ разрядность обрабатываемых слов и кодовых шин интерфейса;

¨ типы системного и локальных интерфейсов;

¨ тип и ёмкость оперативной памяти;

¨ тип и ёмкость накопителя на жестком магнитном диске;

¨ тип и ёмкость накопителя на гибком магнитном диске;