Способы формирования структуры ПЭВМ

Децентрализация построения и управления вызвала к жизни такие элементы, которые являются общим стандартом структур современных ЭВМ:

1. модульность построения;

2. иерархия управления;

3. магистральность.

Модульность построения предполагает выделение в структуре ЭВМ достаточно автономных, функционально конструктивно законченных устройств (процессор, модуль памяти, накопитель на жестком или гибком магнитном диске).

Модульная конструкция ЭВМ делает ее открытой системой, способной к адаптации и совершенствованию. К ЭВМ можно подключать дополнительные устройства, улучшая ее технические и экономические показатели. Появляется возможность наращивания вычислительной мощи, улучшения структуры путем замены отдельных устройств на более совершенные, изменения и управления конфигурацией системы, приспособления ее к конкретным условиям применения в соответствии с требованиями пользователей.

Модульность структуры ЭВМ требует стандартизации и унификации оборудования, номенклатуры технических и программных средств, средств сопряжения — интерфейсов, конструктивных решений, унификации типовых элементов замены, элементной базы и нормативно-технической документации. Все это способствует улучшению технических и эксплутационных характеристик ЭВМ, росту технологичности их производства.

В современных ЭВМ принцип децентрализации и параллельной работы распространен как на периферийные устройства, так и на сами ЭВМ (процессоры). Появились вычислительные системы (ВС), содержащие несколько вычислителей (ЭВМ или процессоры), работающие согласованно и параллельно.

Внутри самой ЭВМ произошло еще более резкое разделение функций между средствами обработки. Появились отдельные специализированные процессоры, например сопроцессоры, выполняющие обработку чисел с плавающей точкой, матричные процессоры и др.

Децентрализация управления предполагает иерархическую организацию структуры ЭВМ. Устройство управления главного, или центрального, процессора определяет лишь последовательность работ подчиненных модулей и их инициализацию, после чего они продолжают работу по собственным программам управления. Результаты выполнения требуемых операций представляются ими «вверх по иерархии» для правильной координации всех работ.

Иерархический принцип построения и управления характерен не только для структуры ЭВМ в целом, но и для отдельных ее подсистем. Например, по этому же принципу строится система памяти ЭВМ.

Магистральность заключается в том, что подчиненные модули (контроллеры, адаптеры, КВВ) могут в свою очередь использовать специальные шины для обмена информацией.

Стандартизация и унификация привели к появлению иерархии шин и к их специализации. Из-за различий в скоростях работы отдельных устройств в структурах ПК появились:

· системная шина — для взаимодействия основных устройств;

· локальная шина — для ускорения обмена видеоданными;

· периферийная шина — для подключения «медленных» периферийных устройств.

Таким образом, способы формирования структуры не выходят за пределы классической структуры фон Неймана. Их объединяют следующие традиционные признаки:

1. ядро ЭВМ образует процессор — единственный вычислитель в структуре, дополненный каналами обмена информацией и памятью;

2. линейная организация ячеек всех видов памяти фиксированного размера;

3. одноуровневая адресация ячеек памяти, стирающая различия между всеми типами информации;

4. внутренний машинный язык низкого уровня, при котором команды содержат элементарные операции преобразования простых операндов;

5. последовательное централизованное управление вычислениями;

особенности организации ввода вывода.

Опишите принципы построения вычислительных систем и их основные классы.

Технические и экономические предпосылки появления ВС.

В связи с кризисом классической структуры ЭВМ (структуры фон Неймана) уменьшаются возможности получения отдельных ЭВМ сверхвысокой производительности.

Развитие вычислительной техники обеспечивается сейчас за счет технологии изготовления элементов (примерно каждые 2 года обновляется парк микропроцессоров, хотя их структура не выходит за рамки классической структуры). Пользователи требуют машины, характеристики которых производство не может обеспечить.

ВС - совокупность нескольких вычислителей, ЭВМ или процессоров, периферийного оборудования, предназначенного для повышения эффективности вычислительного комплекса.

Создание ВС имеет цели:

1. повышение производительности за счет параллелизма вычисления;

2. повышение надежности работы и достоверности вычислений;

3. увеличение и улучшение сервиса в обслуживании пользователя.

Самыми важными предпосылками появления и развития ВС служат экономические факторы. Анализ характеристик ЭВМ различных поколений показал, что в пределах интервала времени, характеризующегося относительной стабильностью элементной базы, связь стоимости и производительности ЭВМ выражается квадратичной зависимостью - "закон Гроша".

Построение же вычислительных систем позволяет значительно сократить затраты, так как для них существует линейная формула:

где:

	— соответственно стоимость ЭВМ и ВС
	— коэффициенты пропорциональности, зависящие от технического уровня развития вычислительной техники;
	— производительность ЭВМ и i-го из п комплектующих вычислителей (ЭВМ или процессоров).

Критический порог определяется точкой пересече­ния двух приведенных зависимостей.

Основные принципы построения, закладываемые при создании ВС:

1. возможность работы в разных режимах;
2. модульность структуры технических и программных средств, что позволяет совершенствовать и модернизировать вычислительные системы без коренных их переделок;
3. унификация и стандартизация технических и программных решений;
4. иерархия в организации управления процессами;
5. способность систем к адаптации, самонастройке и самоорганизации;
6. обеспечение необходимым сервисом пользователей при выполне­нии вычислений.