2014-02-24
467
Принципы построения компьютерных систем.
Базовые понятия компьютерных систем. Классификация компьютерных систем.
Классификация КС возможна по следующим признакам:
1. Физический способ представления информации:
1.1 аналоговый вид – непрерывный сигнал
1.2 цифровой вид – информация в виде кода
1.3 гибридный способ
2. Назначение:
2.1 вычислительные системы – небольшие объемы входной и выходной информации, сложные алгоритмы обработки, много высокопроизводительных процессоров, небольшое количество устройств ввода-вывода
2.2 системы обработки данных – несложный алгоритм обработки, большое количество ВЗУ, не требует высокой производительности
2.3 управляющие КС – управляют компьютерными процессами, работают в масштабе реального времени
3. Область применения
3.1 универсальные КС – много функций, ориентирован на решение широкого круга задач путем применения соответствующего программного обеспечения. Особенностью является высокая производительность и большой объем памяти
|
|
|
3.2 специализированные КС – ориентированы на решение определенного круга задач, не требуют обновления ПО, дешевле и универсальнее
3.3 проблемно-ориентированные КС – ориентированы на узкий круг решения задач, небольшой объем расчетов
Основные принципы построения КС сформулированы ученым фон Нейманом и предусматривает реализацию:
1) Единого вычислительного устройства, включающего процессор, средства передачи информации и память
Классическая архитектура КС.
АЛУ – арифметико-логическое устройство
ЦУУ - центральное устройство управления
Увв, Увыв – устройств ввода и устройство вывода информации
ЗУ – запоминающее устройство
2) Линейные структуры адресации памяти, состоящей из слов фиксированной длины
3) Двоичные системы счисления
4) Централизованное последовательное управление
5) Хранения программы
6) Машинного языка низкого уровня
7) Команд условной и безусловной передачи управления
8) АЛУ с представлением чисел в форме с плавающей точкой
Традиционно классическая архитектура, разработана фон Нейманом, иногда носит название принстонская архитектура. Особенностью архитектуры является единое адресное пространство, т.е. данные и адреса хранятся в одних запоминающих устройствах. Альтернативой является Гарвардская архитектура КС. Процессоры, реализованные по этому принципу, имеют два непересекающихся адресных пространства – для программ и для данных.
1. Производительность
Определяется скоростью выполнения команд программы, и используются показатели – число миллионов операций в секунду над дробными числами
|
|
|
2. Тактовая частота
Это количество циклов устройства в работе за единицу времени. Чем выше частота, тем выше скорость выполнения операции. (ГГц)
3. Разрядность
Это число двоичных разрядов, обрабатываемых одновременно при выполнении одной команды (16, 32, 64)
4. Система команд
Общее количество разновидностей команд несколько более 100-200
5. Наличие кэш-памяти
Располагается в процессоре, обладает быстродействием. Для ускорения доступа к данным в оперативной памяти используют кэш-память. Она имеет несколько уровней (первый, второй и третий). Первый уровень – наименьший объем, но имеет максимальную скорость доступа к памяти.
6. Параллельное выполнение команд
Каждая команда реализуется процессором за несколько внутренний тактов, поэтому удобно организовать конвейер обработки команд, чтобы ускорить выполнение программы
7. Технология изготовления процессора
Чем меньше размеры элементов процессора, тем больше его быстродействие, т.к. электроны быстрее проходят расстояние между элементами. Для этого увеличивают плотность расположения элементов в микросхеме, при этом уменьшая толщину проводников. Площадь кристалла уменьшилась при переходе от технологии 0.19 мкм на технологию 0.13 мкм
Основные направления совершенствования характеристик процессора:
Развитие системы команд, оптимизация кэш-памяти, увеличение плотности размещения элементов.
Важной характеристикой процессора является тепловыделение, которое связано с потребляемой энергией и потребляемой мощностью Последнее содержит статическую и динамическую составляющие.
Р (дин)=V2cf
V – Напряжение питания, с – емкость нагрузки элементов, f – тактовая частота процессора.
Решением проблемы тепловыделения является переход на другую архитектуру и новую технологию производства.
