Charakteristické znaky architektúry moderného počítača. Hlavné typy architektúry EMM. Výpočtové systémy s otvorenou architektúrou

Úvod

Pre každého špecialistu je potrebná úroveň architektúry. Architektúra je najobecnejšími princípmi budovania počítača, ktorý implementuje softvérové \u200b\u200briadenie práce a interakcie hlavných funkčných uzlov. Na tejto úrovni sa nevyžaduje znalosť riešení systému moderného rádiového inžinierstva a mikroelektroniky. Ten zvyčajne presahuje limity počítačovej vedy, vyžaduje sa len pre vývojárov fyzických prvkov počítačov.

Úroveň architektúry je dostatočne hlboká, bude zahŕňať riadenie práce počítača (programovanie) v jazyku príkazov stroja (Assembler). Táto metóda riadenia je oveľa zložitejšia ako písanie programov v jazykoch na vysokej úrovni a napriek tomu nie je možné pochopiť skutočnú prácu počítača bez prezentácie.

Na záver, táto kapitola poskytuje stručný prehľad o externých zariadeniach moderných počítačov - diskov, informačných a informačných zariadení - ako aj základného opisu princípov ich práce, profesionálne vlastnosti.

Predmetom štúdie je výpočtová technika.

Predmetom štúdie je architektúra počítača.

Účelom práce je študovať architektúru počítača.

Na dosiahnutie tohto cieľa je potrebné vyriešiť nasledujúce úlohy:

· Určite koncepciu počítačovej architektúry;

· Preskúmajte vzdelávaciu literatúru na tému "Architektúra EMM";

· Preskúmajte vývoj vnútornej štruktúry počítača.


1. Na koncepte "EUM Architecture"

Slovo "architektúra" v počiatočnom zmysle sa používa v mestskom plánovaní. Byť skôr komplikovanou štruktúrou, moderné mesto sa skladá z oblastí, štvorcov, ulíc, domov atď., Určitým spôsobom.

Aby sa navigovali v zložitosti a štvorcov, v každom meste sa nachádza historicky zriadený názov mena, ako aj určité číslovanie domov. Prítomnosť všeobecne akceptovaného adresovania vám umožňuje jednoznačne určiť polohu akejkoľvek štruktúry av prípade potreby ho rýchlo nájsť. V mnohých prípadoch je umiestnenie ulíc a priradenie mená, je neusporiadané. Zároveň sa stáva, že táto aktivita je starostlivo premyslená a je pokračovaním celkového plánovania mesta, t.j. V skutočnosti, časť svojej architektúry. Klasickým príkladom je známy systém vzájomných kolmých ulíc (Avenue a Street) mesta New York. Okrem čisto praktických, architektúra mesta môže mať aj umeleckú hodnotu (čo je zvyčajne záujem o návštevníkov). Tento aspekt koncepcie "architektúry" je však sotva prenesený na výpočtové techniky.

Pomocou analógie s mestským plánovaním je prirodzené pochopiť v architektúre počítača súhrn ich vlastností, ktoré sú potrebné pre používateľa. Toto sú najprv všetky hlavné zariadenia a počítače počítača, ako aj štruktúra odkazov medzi nimi. Ak sa pozriete napríklad v "vysvetľujúci slovník počítačových systémov", čítame tam, že termín "Architektúra EMM sa používa na opis princípu prevádzky, konfigurácie a vzájomného spojenia hlavných logických uzlov počítača" architektúra " .

Avšak opis vnútornej štruktúry počítača nie je vôbec sama o sebe: Z hľadiska architektúry sú zaujímavé len tie prepojenia a princípy, ktoré sú zaujímavé, ktoré sú najčastejšie, neoddeliteľné v mnohých špecifických implementáciách výpočtových strojov. Často hovoria o rodine EUM, tj. Skupiny modelov kompatibilných s ostatnými. V jednej rodine sú základné princípy zariadenia a fungovanie strojov rovnaké, hoci jednotlivé modely sa môžu výrazne líšiť, pokiaľ ide o výkon, náklady a iné parametre. Živým príkladom sú rôzne modifikácie počítača DEC PDP (viac dobre známe našim domácim stranám - série DVK), rodiny MSX strojov, ktoré vlastní rozšírené YAMAHA, ako aj osobné počítače kompatibilné s IBM.

Je všeobecne, že existuje v štruktúre počítača a odkazuje na koncepciu architektúry. Je dôležité poznamenať, že účel takejto komunity je nakoniec úplne zrozumiteľná túžba: všetky vozidlá jednej rodiny, bez ohľadu na ich konkrétne zariadenie a spoločnosť výrobcu, musia byť schopní vykonávať rovnaký program. Odtiaľ je nevyhnutne záver, že z hľadiska architektúry nie všetky informácie o výstavbe počítača sú dôležité, ale iba tie, ktoré môžu byť použité pri programovaní a "užívateľskej" práce s počítačom. Nižšie je uvedený zoznam tých najbežnejších princípov pre výstavbu počítača, ktoré sa týkajú architektúry:

Štruktúra pamäte ECM;

Metódy prístupu do pamäte a externých zariadení;

Schopnosť zmeniť konfiguráciu počítača;

Príkazový systém;

Formáty údajov;

Organizácie rozhrania.

Summovanie všetkých vyššie uvedených, získavame nasledujúcu definíciu architektúry:

"Architektúra je najobecnejšou zásadou budovania počítača, ktorý implementuje softvérové \u200b\u200briadenie práce a interakcie svojich hlavných funkčných uzlov."

2. Klasická počítačová architektúra II Princípy pozadia Neumanana

Základy cvičení o architektúre výpočtových strojov položila vynikajúci americký matematik John von Neuman. V roku 1944 sa pripojil k vytvoreniu prvého svietidla na svete, keď už bol zvolený jej dizajn. V procese práce počas mnohých diskusií so svojimi kolegami Goldstayin a A. berks von Neumanov vyjadril predstavu o zásadne novom počítači. V roku 1946 vedci načrtli svoje zásady pre budovanie výpočtových strojov v klasickom článku "Predbežné zváženie logického dizajnu zariadenia elektrón-computing". Odvtedy, polovica storočia prešla, ale ustanovenia predložené v IT zachovávajú relevantnosť dnes.

Skoršie, všetky výpočtové stroje uložili spracované čísla v desiatkovej forme. Autori presvedčivo demonštrovali výhody binárneho systému na technickú implementáciu, pohodlie a jednoduchosť aritmetických a logických operácií v ňom. V budúcnosti počítač začal spracovávať a nerešpekované typy informácií - textových, grafických, zvukových a iných, ale binárne kódovanie údajov je stále informačnou základňou akéhokoľvek moderného počítača.

Ďalšia skutočne revolučná myšlienka, ktorej význam je ťažké preceňovať, je zásada "uloženého programu", ktorú navrhol Neumanan. Spočiatku bol program nastavený inštaláciou jumperov na špeciálnom spínacom paneli. Bol to veľmi časovo náročná činnosť: napríklad zmeniť program stroja ENIAC, bol potrebný niekoľko dní (zatiaľ čo výpočet nemohol trvať dlhšie ako niekoľko minút - lampy boli mimo objednávky). Neumann bol prvý, kto uhádol, že program by mohol byť tiež uložený vo forme sady nuly a jednotiek, a v tej istej pamäti ako číslo spracované. Nedostatok základného rozdielu medzi programom a údajmi poskytol príležitosť vytvoriť program pre seba v súlade s výsledkami výpočtov.

Pozadie Neumann nielenže predložil základné princípy logického zariadenia počítača, ale tiež navrhol svoju štruktúru, ktorá bola reprodukovaná počas prvých dvoch generácií počítača. Hlavnými blokmi na NEIMAN sú riadiace zariadenie (UU) a aritmetické logické zariadenie (ALU) (zvyčajne zlúčené do centrálneho procesora), pamäte, externej pamäte, vstupných a výstupných zariadení. Schéma zariadenia je takýto počítač na obrázku 2.1. Malé čiary so šípkami označujú smer informačných tokov, bodkovacích signálov z procesora do zvyšku počítačových uzlov

Obrázok 2.1 - AUM ARCHITEKTÚRA POTREBUJÚCEHO STAVESTNOSTI NA ZÁKAZNÍKOV NIMANANA

Riadiace zariadenie a aritmetické logické zariadenie v moderných počítačoch sú kombinované do jedného bloku - procesor, ktorý je meničom informácií prichádzajúcich z pamäte a externých zariadení (tu obsahuje vzorku príkazov z pamäte, kódovania a dekódovania, vykonávanie rôznych, vrátane aritmetiky , Operácie, koordinácia počítačových uzlov). Pamäť (pamäť) Ukladá informácie (údaje) a programy. Úložné zariadenie v moderných počítačoch "Multi-Tier" a obsahuje prevádzkové úložné zariadenie (RAM), ktoré ukladá informácie, s ktorými počítač funguje priamo v tomto čase a externé pamäťové zariadenia (WA) je oveľa väčšie ako RAM, ale s výrazným spôsobom pomalší prístup. Klasifikácia pamäťových zariadení nekončí na RAM a sledovanie pamäťových zariadení - Špecifické funkcie sa vykonávajú a vytvára (superoperačné úložné zariadenie) a ROM (konštantné úložné zariadenie) a iné poddruhy pamäte počítača.

V počítači postavenom podľa opísanej schémy sa vyskytuje sekvenčné čítanie príkazov z pamäte a ich vykonanie. Číslo (adresa) ďalšej bunky pamäte, z ktorého bude načítanie ďalšieho príkazu programu, je označené špeciálnym zariadením - Command Counter k UU. Jeho prítomnosť je tiež jednou z charakteristických vlastností posudzovaného architektúry.

Konštrukcia architektúry počítačových zariadení vyvinula na pozadí, bola tak zásadná, že dostali názov architektúry Nimanovsk v literatúre. Prevažná väčšina výpočtových strojov dnes sú pozadia-neumanovsky autá. Výnimkami sú len individuálne typy systémov pre paralelné výpočtové služby, v ktorom nie je žiadnym commiss commiss, klasický koncept premennej nie je implementovaný a existujú ďalšie základné základné rozdiely od klasického modelu (príklady streamingových a redukčných počítačov).

Zdá sa, že významná odchýlka od architektúry Nimanovsk sa vyskytne v dôsledku vývoja myšlienky strojov piateho generácie, ktoré sú založené na spracovaní informácií, v ktorých nie sú výpočty, ale logické závery.

3. Zlepšenie a rozvoj vnútornej štruktúry počítača

V predchádzajúcej časti bola opísaná klasická štruktúra počítača zodpovedajúce výpočtových strojov prvého a druhého generácie. V dôsledku rýchleho rozvoja výrobnej technológie výpočtovej techniky, takáto štruktúra nemohla podrobiť určitým postupným zmenám.

Ako je uvedené vyššie, vzhľad tretej generácie počítačov bol spôsobený tranzistorami tranzistory integrovaným mikroparkom. Významný úspech v miniaturizácii elektronických obvodov nevenoval jednoducho prispel k zníženiu veľkosti základných funkčných jednotiek počítača, ale tiež vytvoril predpoklady pre výrazné zvýšenie výkonu procesora. Základný rozpor sa vyskytol medzi vysokou rýchlosťou spracovania informácií vo vnútri stroja a pomalú prevádzku I / O zariadenia, väčšina z jeho mechanicky pohyblivých častí. Procesník na čele s prácou externých zariadení, významná časť času by bola nútená stáť v očakávaní informácií "od vonkajšieho sveta", ktorý by výrazne znížil účinnosť práce celého počítača ako celku. Na vyriešenie tohto problému sa vyskytla tendencia pre uvoľnenie centrálneho procesora z funkcií výmeny a preniesť ich na špeciálne elektronické riadiace schémy pre prevádzku externých zariadení. Takéto schémy mali rôzne názvy: výmenné kanály, I / O procesory, periférne procesory. V poslednej dobe sa čoraz viac používa termín "externý regulátor zariadenia" (alebo jednoducho regulátor).

Prítomnosť inteligentných regulátorov externých zariadení sa stala dôležitým charakteristickým znakom strojov tretích a štvrtých generácií.

Regulátor je možné prezerať ako špecializovaný procesor, riadenie práce "zvereného" externého zariadenia pre špeciálne vstavané výmenné programy. Takýto procesor má svoj vlastný príkazový systém. Napríklad ovládač pohonu na flexibilných magnetických diskoch (pohon) môže umiestniť hlavu na požadovanú cestu disku, čítať alebo napísať sektoru, formátovať trať atď. Výsledky každej operácie sa zadajú do pamäte interného regulátora a môžu byť ďalej čítať centrálny procesor.

Preto prítomnosť inteligentných externých zariadení môže významne zmeniť ideológiu výmeny. Centrálny procesor, ak je to potrebné, vydáva výmennú úlohu úlohu na jeho vykonávanie pre kontrolu. Ďalšia výmena informácií sa môže vyskytnúť pod vedením kontrolóra bez účasti centrálneho procesora. Ten dostane možnosť "robiť svoje vlastné podnikanie", t.j. Vykonajte program ďalej (ak niečo nie je možné vykonať pred úplnou výmenou, môžete tento čas vyriešiť).

Teraz sa obraciame na diskusiu o otázke vnútornej štruktúry počítača obsahujúceho inteligentné regulátory znázornené na obr. 3.1. Zo obrázku je vidieť, že celková pneumatika sa používa na komunikáciu medzi jednotlivými funkčnými uzlami (často sa nazýva diaľnica). Pneumatika sa skladá z troch častí:

Data Autobus, na ktorom sa informácie prenášajú;

Adresný autobus, ktorý určuje, kde sa prenášajú údaje;

Kontrolný autobus, regulácia procesu výmeny informácií.

Existujú modely počítačov, ktorých dátový autobus a adresy pre úspory sú kombinované. V takýchto strojoch ste najprv nastavili adresu a potom po chvíli, údaje; Aký druh účelu je pneumatika momentálne, určuje signály na kontrolnom autobuse.

Opísaná schéma je ľahko dopĺňaná nové zariadenia - táto vlastnosť sa nazýva otvorenosť architektúry. Pre užívateľa, otvorená architektúra znamená, že môžete voľne vybrať zloženie externých zariadení pre váš počítač, t.j. Nakonfigurujte ho v závislosti od kruhu riešených úloh.

Na obr. 3.1 V porovnaní s obr. 2.1 Typ pamäte - Video - RAM (video pamäte). Jeho vzhľad je spojený s vývojom špeciálneho výstupného zariadenia - displeja. Hlavná časť displeja slúži elektronickú radiálnu trubicu, ktorá zobrazuje informácie o rovnakom spôsobe, ako sa to stane na televízore (pravidelná televízia je jednoducho pripojená k niektorým lacným domácim modelom počítačov). Je zrejmé, že displej, bez mechanicky sa pohyblivých častí, je "veľmi rýchle" zariadenie na displeji zariadenia. Preto je pre tretie a štvrté generácie je neoddeliteľnou súčasťou (hoci prvýkrát, keď bol displej implementovaný na niektorom počítači druhého generácie, napríklad "Mir-2" je veľmi zaujímavý v mnohých smeroch pre domáci rozvoj).

Obrázok 3.1 - Architektúra zbernice EMM


Ak chcete získať stabilný obraz na obrazovke, musí sa niekde uložiť. Na to je video pamäť. Po prvé, obsah video pamäte je generovaný počítačom a potom regulátor displeja zobrazí obrázok na obrazovku. Objem videa pamäte výrazne závisí od povahy informácií (text alebo grafika) a na farbe obrazu. Môže sa vykonať konštruktívne ako obvyklé RAM alebo je obsiahnuté priamo v regulátore displeja (čo je dôvod, prečo je znázornený na obrázku 3.1 bodkovanou čiarou).

Dajte nám prebývať na jednom dôležitom rysi štruktúry moderných počítačov. Keďže procesor teraz prestal byť stavebným centrom, stalo sa, že je možné realizovať priame odkazy medzi počítačmi. V praxi to najčastejšie používa prenos dát z externých zariadení do RAM a naopak. Režim, v ktorom sa externé zariadenie vymieňa priamo s RAM bez účasti centrálneho procesora, sa nazýva priamy prístup k pamäti (PDP). Vyžaduje si to špeciálny regulátor. Zdôrazňujeme, že režim PDP v prvej a druhej generačnej výrobe neexistoval. Preto je niekedy počítačová schéma, na ktorej údaje z vstupných zariadení priamo vstupujú do pamäte RAM, nezodpovedá skutočnosti: Údaje v neprítomnosti ovládača PDP sú vždy najprv prijaté do interných registrov procesorov a len v pamäti.

Pri opise hlavnej štruktúry sme zjednodušene predpokladali, že všetky zariadenia interagujú prostredníctvom celkovej pneumatiky. Z hľadiska architektúry je to dosť dosť. Stále zmieňujeme, že v praxi sa táto štruktúra používa len pre počítač s malým počtom externých zariadení. S zvýšením informačných tokov medzi počítačovými zariadeniami je jediný riadok preťažený, čo výrazne spomaľuje prevádzku počítača. Preto je možné do počítača zavedené jedno alebo viac ďalších pneumatík. Jedna zbernica môže byť napríklad použitá na výmenu s pamäťou, druhá - pre komunikáciu s "RAST" a tretím - s "pomalými" externými zariadeniami. Všimnite si, že vysokorýchlostný dátový autobus RAM je nevyhnutne vyžadovaný, ak existuje režim PDP.

Dokončenie diskusie o znakoch vnútornej štruktúry moderných počítačov, uvedieme niekoľko charakteristických trendov vo svojom vývoji. Po prvé, súbor externých zariadení sa neustále rozširuje a zlepšuje, čo vedie k komplikácii komunikačného systému medzi počítačovými uzlami. Po druhé, výpočtové stroje prestanú byť jednostupňovým procesorom. Okrem centrálneho počítača môže počítač obsahovať špecializované procesory na výpočet plávajúcej čiarky (tzv matematických kopracesorov), video procesory na urýchlenie informácií na obrazovke displeja atď. Vývoj paralelných metód výpočtovej techniky spôsobuje aj výpočtové systémy na dostatočne zložitú štruktúru, v ktorej sa jedna operácia vykonáva na niekoľkých procesoroch naraz. Po tretie, vznikajúca túžba mať vysokorýchlostné stroje nielen na výpočet, ale aj pre logickú analýzu informácií, môže tiež viesť k vážnej revízii tradičnej architektúry Nimanov v nasledujúcich rokoch.

Ďalším znakom rozvoja moderných počítačov je zrýchľujúcim nárastom úlohy interkompočítačovej komunikácie. Zvyšujúci sa počet počítačov je kombinovaný v sieti a spracováva dostupné informácie dohromady.

Vnútorná štruktúra výpočtových zariadení sa teda neustále zlepšila a zlepšila sa.

Zároveň v okamihu, keď sa zachovávajúca väčšina existujúcich počítačov, napriek rozdielom, stále pozostáva z identických uzlov a je založená na všeobecných princípoch architektúry Nimanov.


4. Hlavný cyklus počítačovej práce

Táto časť sa krátko zaoberá postupnosťou akcií pri vykonávaní príkazu na počítač. Je možné argumentovať, že pracovný cyklus je vo všeobecnosti rovnaký pre všetky stroje na pozadí-neymann.

Dôležitou súčasťou pozadia NEUMANOV ARCHITECTÚRA JE PRAVIDLO PRAVDUJÚCEHO ROZHRAZU. Tento špeciálny register vnútorných procesorov vždy označuje pamäťovú bunku, v ktorej sa uloží ďalší príkaz programu. Keď zapnete napájanie alebo keď kliknete na tlačidlo Reset, adresa štartéra v programe ROM v inicializácii všetkých zariadení a počiatočným zaťažením je hardvér. Ďalšie fungovanie počítača je určené programom. Všetky aktivity počítača sú teda neustále implementácia určitých programov a tieto programy môžu zase nahrať nové programy atď.

Každý program sa skladá z jednotlivých príkazov stroja. Každý strojový tím je rozdelený na rad elementárnych zjednotených komponentov, ktoré sa nazývajú taktikou. V závislosti od zložitosti tímu môže byť implementovaný pre iný počet hodín. Napríklad prenos informácií z jedného interného registra procesora do druhého sa vykonáva na niekoľko hodín, a na znásobenie dvoch celých čísel, ktoré sú podľa potreby. Významné predlžovanie príkazu sa vyskytuje, ak sa spracovávajú údaje ešte nie sú vo vnútri procesora a musia čítať z pamäte RAM.

Pri vykonávaní každého príkazu počítač robí určité štandardné akcie:

1) Podľa obsahu počítadla príkazového adresára sa číta nasledujúci programový príkaz (jeho kód sa zvyčajne zadáva do uskladnenia v špeciálnom registri UU, ktorý sa nazýva príkazový register);

2) Počítadlo príkazov automaticky sa mení tak, že obsahuje adresu nasledujúceho príkazu (v najjednoduchšom prípade, na tento účel je dostatočná na aktuálnu hodnotu meradla pridať nejakú konštantnú definovanie dĺžky príkazu);

3) Operácia je dešifrovaná do príkazového registra, potrebné údaje o potrebných údajoch a požadované akcie sa vykonávajú na nich.

Potom vo všetkých prípadoch, s výnimkou stop príkazu alebo výskytu prerušenia, všetky opísané akcie sú cyklicky opakované.

Po odbere vzoriek, príkaz OSM Stop zastaví spracovanie programu. Ak chcete tento stav opustiť, potrebujete buď žiadosť z externých zariadení alebo reštartovanie stroja.

Skladá sa z hlavného algoritmu prevádzky počítača umožňuje krok za krokom vykonávať lineárny program uložený v RAM. Ak chcete zmeniť postup pre výpočty na implementáciu vývoja alebo cyklu, stačí v príkazovom merače na použitie požadovanej adresy (to je, ako dôjde k podmienenému alebo bezpodmienečnému prechodu).

V počítačoch založených na mikroprocesoroch Intel 80286 a novšími modelmi na urýchlenie hlavného cyklu príkazu príkazu sa použije metóda konštanzovania (niekedy sa používa termín "výstupná vzorka"). Myšlienkou je, že niekoľko interných zariadení procesorov pracuje paralelne: Čítanie príkazu, ďalšia dešifrovaná operácia, tretí vypočíta adresy používaných operandov atď. V dôsledku toho na konci tímu to najčastejšie sa ukázalo, že nasledujúce sú už vybrané z RAM, dešifrovaného a pripraveného na vykonanie. Všimnite si, že v prípade porušenia prirodzeného konania o vykonávaní príkazov v programe (napríklad s bezpodmienečným prechodom) sa uchyľujúca vzorka ukáže, že je vo márne a dopravník sa vymaže. Nasledujúci príkaz prechodu sa vykonáva dlhšie, pretože dopravník "zarobený pri plnom výkone" je potrebné ho predopakovať. Inými slovami, v dopravnom stroji, čas vykonávania programu môže závisieť nielen na komponentoch jej príkazov, ale aj na ich vzájomnom mieste.

5. Systém počítačových príkazov a spôsobov, ako osloviť údaje

Urob to. Adresa Buffers, aby v konečnom dôsledku vyhladili nerovnomernosť prijímania žiadostí o pamäť a tým zvýši účinnosť jeho používania. Tretím štrukturálnou vlastnosťou BESM-6 je spôsob použitia superoperačných, non-oboznámených z pamäťového programu malého objemu, ktorého účelom má automatickú úsporu príťažlivosti na hlavné prevádzkové úložisko ...

Procesory zahrnuté v periférnych zariadeniach). V multifarsurové počítačové systémy nemá niekoľko procesorov zahrnutých do výpočtového systému spoločnú RAM a navzájom sa navzájom (miestne). Každý počítač v multimóznom systéme má klasickú architektúru a takýto systém sa aplikuje pomerne široký. Avšak, účinok používania takéhoto výpočtového systému ...

Používateľa. Pomocou klávesnice ovládate počítačový systém a pomocou monitora sa z neho získava prípad. Prevádzkový princíp. Klávesnica označuje štandardné nástroje pre osobný počítač. Jeho základné funkcie nepotrebujú podporu pre špeciálne systémové programy (ovládače). Potrebný softvér na začatie práce s počítačom už v rom čipe v ...

Princípy výstavby a architektúry počítača.

1.1 Princíp činnosti počítača.

počítač - kombinácia technických zariadení určených na automatizované spracovanie diskrétnych správ podľa požadovaného algoritmu.

Myšlienka automatizácie procesu spracovania údajov je uvedená v princípe prevádzky počítača. Na obr. 1.1 ukazuje konštrukčný okruh abstraktného počítača. To umožní kompozíciu, poriadok a princípy interakcie hlavných funkčných častí počítača.

Obrázok 1.1 Štrukturálna schéma počítača.

Akýkoľvek počítač obsahuje nasledujúce hlavné zariadenia:

Aritmetické a logické (allu);

Podrobne sa hlavnými komponentmi považujú v iných kurzoch a nie sú tu zvažované. Niekoľko komentárov k OS.

Operačný systém Zavoláme súbor softvéru a hardvéru a potrebných informácií o informáciách, ktoré organizujú proces výpočtovej techniky na implementáciu používateľských pracovných miest optimálnym plánovaním a riadením všetkých počítačových zdrojov.

Toto je najobecnejšia a úplná definícia operačného systému. Umožňuje prezentovať počítač z pohľadu používateľa ako virtuálny viacúrovňový systém (obr. 1.6).

1 - Virtuálny užívateľský systém;

2 - Externý rozšírený stroj;

3 - vnútorný rozšírený stroj.

a - vybavenie;

b - Základné prevádzkové funkcie;

c - Hlavné funkcie OS;

d - vrstva procesov;

e je jazyk správy úloh a algoritmickými jazykmi.

Prvýkrát bol v roku 1968 navrhnutý recoy. V práci "štruktúra multiprogramových systémov". Na základe reprezentácie výpočtového systému v formulár investovaný do všetkých ostatných virtuálnych strojov s kompatibilitou hierarchického typu.

Najmenšou úrovňou je fyzický stroj a je implementovaný hardvérom na princípoch ovládania firmvéru alebo okruhu. Každá ďalšia úroveň poskytuje nové vlastnosti na úkor operačného systému a všeobecného softvéru. Na najnižšej úrovni existujú prostriedky na implementáciu mikro-operácií. Prostriedky a kontrolné funkcie každej nasledujúcej úrovne sú vytvorené z prostriedkov a funkcií nižších vo vzťahu k posudzovaným úrovniam. Každá úroveň sa vyznačuje trvanie implementovaného riadenia a určitú šírku pokrytia riadených fondov. Najvyššie úrovne kontroly sú implementované komponentmi OS, čo je pokračovanie softvéru riadiaceho zariadenia a vytvárajúc rozhranie medzi užívateľom a počítačom.

Podľa stupňa vývoja sú niektoré moderné OS tak schopné automatizovať funkciu operátora, ktorá môže byť plne pripísaná umelej inteligencii.

Praktické uplatnenie koncepcie viacúrovňového virtuálneho systému: zjednodušenie a formalizácia opisu prevádzky prevádzky Slnka a jeho hlavných zložiek.

Slovo "architektúra" v počiatočnom zmysle sa používa v mestskom plánovaní. Byť skôr komplikovanou štruktúrou, moderné mesto sa skladá z oblastí, štvorcov, ulíc, domov atď., Určitým spôsobom.

Aby sa navigovali v zložitosti a štvorcov, v každom meste sa nachádza historicky zriadený názov mena, ako aj určité číslovanie domov. Prítomnosť všeobecne akceptovaného adresovania vám umožňuje jednoznačne určiť polohu akejkoľvek štruktúry av prípade potreby ho rýchlo nájsť. V mnohých prípadoch je umiestnenie ulíc a priradenie mená, je neusporiadané. Zároveň sa stáva, že táto aktivita je starostlivo premyslená a je pokračovaním celkového plánovania mesta, t.j. V skutočnosti, časť svojej architektúry. Klasickým príkladom je známy systém vzájomných kolmých ulíc (Avenue a Street) mesta New York. Okrem čisto praktických, architektúra mesta môže mať aj umeleckú hodnotu (čo je zvyčajne záujem o návštevníkov). Tento aspekt koncepcie "architektúry" je však sotva prenesený na výpočtové techniky.

Pomocou analógie s mestským plánovaním je prirodzené pochopiť v architektúre počítača súhrn ich vlastností, ktoré sú potrebné pre používateľa. Toto sú najprv všetky hlavné zariadenia a počítače počítača, ako aj štruktúra odkazov medzi nimi. Ak sa pozriete napríklad v "vysvetľujúci slovník počítačových systémov", čítame tam, že termín "Architektúra EMM sa používa na opis princípu prevádzky, konfigurácie a vzájomného spojenia hlavných logických uzlov počítača" architektúra " .

Avšak opis vnútornej štruktúry počítača nie je vôbec sama o sebe: Z hľadiska architektúry sú zaujímavé len tie prepojenia a princípy, ktoré sú zaujímavé, ktoré sú najčastejšie, neoddeliteľné v mnohých špecifických implementáciách výpočtových strojov. Často hovoria o rodine EUM, tj. Skupiny modelov kompatibilných s ostatnými. V jednej rodine sú základné princípy zariadenia a fungovanie strojov rovnaké, hoci jednotlivé modely sa môžu výrazne líšiť, pokiaľ ide o výkon, náklady a iné parametre. Živým príkladom sú rôzne modifikácie počítača DEC PDP (viac dobre známe našim domácim stranám - série DVK), rodiny MSX strojov, ktoré vlastní rozšírené YAMAHA, ako aj osobné počítače kompatibilné s IBM.

Je všeobecne, že existuje v štruktúre počítača a odkazuje na koncepciu architektúry. Je dôležité poznamenať, že účel takejto komunity je nakoniec úplne zrozumiteľná túžba: všetky vozidlá jednej rodiny, bez ohľadu na ich konkrétne zariadenie a spoločnosť výrobcu, musia byť schopní vykonávať rovnaký program. Odtiaľ je nevyhnutne záver, že z hľadiska architektúry nie všetky informácie o výstavbe počítača sú dôležité, ale iba tie, ktoré môžu byť použité pri programovaní a "užívateľskej" práce s počítačom. Nižšie je uvedený zoznam tých najbežnejších princípov pre výstavbu počítača, ktoré sa týkajú architektúry:

Štruktúra pamäte ECM;

Metódy prístupu do pamäte a externých zariadení;

Schopnosť zmeniť konfiguráciu počítača;

Príkazový systém;

Formáty údajov;

Organizácie rozhrania.

Summovanie všetkých vyššie uvedených, získavame nasledujúcu definíciu architektúry:

"Architektúra je najobecnejšou zásadou budovania počítača, ktorý implementuje softvérové \u200b\u200briadenie práce a interakcie svojich hlavných funkčných uzlov."

2. Klasická počítačová architektúra II Princípy pozadia Neumanan

Základy cvičení o architektúre výpočtových strojov položila vynikajúci americký matematik John von Neuman. V roku 1944 sa pripojil k vytvoreniu prvého svietidla na svete, keď už bol zvolený jej dizajn. V procese práce počas mnohých diskusií so svojimi kolegami Goldstayin a A. berks von Neumanov vyjadril predstavu o zásadne novom počítači. V roku 1946 vedci načrtli svoje zásady pre budovanie výpočtových strojov v klasickom článku "Predbežné zváženie logického dizajnu zariadenia elektrón-computing". Odvtedy, polovica storočia prešla, ale ustanovenia predložené v IT zachovávajú relevantnosť dnes.

Skoršie, všetky výpočtové stroje uložili spracované čísla v desiatkovej forme. Autori presvedčivo demonštrovali výhody binárneho systému na technickú implementáciu, pohodlie a jednoduchosť aritmetických a logických operácií v ňom. V budúcnosti počítač začal spracovávať a nerešpekované typy informácií - textových, grafických, zvukových a iných, ale binárne kódovanie údajov je stále informačnou základňou akéhokoľvek moderného počítača.

Ďalšia skutočne revolučná myšlienka, ktorej význam je ťažké preceňovať, je zásada "uloženého programu", ktorú navrhol Neumanan. Spočiatku bol program nastavený inštaláciou jumperov na špeciálnom spínacom paneli. Bol to veľmi časovo náročná činnosť: napríklad zmeniť program stroja ENIAC, bol potrebný niekoľko dní (zatiaľ čo výpočet nemohol trvať dlhšie ako niekoľko minút - lampy boli mimo objednávky). Neumann bol prvý, kto uhádol, že program by mohol byť tiež uložený vo forme sady nuly a jednotiek, a v tej istej pamäti ako číslo spracované. Nedostatok základného rozdielu medzi programom a údajmi poskytol príležitosť vytvoriť program pre seba v súlade s výsledkami výpočtov.

Pozadie Neumann nielenže predložil základné princípy logického zariadenia počítača, ale tiež navrhol svoju štruktúru, ktorá bola reprodukovaná počas prvých dvoch generácií počítača. Hlavnými blokmi na NEIMAN sú riadiace zariadenie (UU) a aritmetické logické zariadenie (ALU) (zvyčajne zlúčené do centrálneho procesora), pamäte, externej pamäte, vstupných a výstupných zariadení. Schéma zariadenia je takýto počítač na obrázku 2.1. Malé čiary so šípkami označujú smer informačných tokov, bodkovacích signálov z procesora do zvyšku počítačových uzlov

Obrázok 2.1 - AUM ARCHITEKTÚRA POTREBUJÚCEHO STAVESTNOSTI NA ZÁKAZNÍKOV NIMANANA

Riadiace zariadenie a aritmetické logické zariadenie v moderných počítačoch sú kombinované do jedného bloku - procesor, ktorý je meničom informácií prichádzajúcich z pamäte a externých zariadení (tu obsahuje vzorku príkazov z pamäte, kódovania a dekódovania, vykonávanie rôznych, vrátane aritmetiky , Operácie, koordinácia počítačových uzlov). Pamäť (pamäť) Ukladá informácie (údaje) a programy. Úložné zariadenie v moderných počítačoch "Multi-Tier" a obsahuje prevádzkové úložné zariadenie (RAM), ktoré ukladá informácie, s ktorými počítač funguje priamo v tomto čase a externé pamäťové zariadenia (WA) je oveľa väčšie ako RAM, ale s výrazným spôsobom pomalší prístup. Klasifikácia pamäťových zariadení nekončí na RAM a sledovanie pamäťových zariadení - Špecifické funkcie sa vykonávajú a vytvára (superoperačné úložné zariadenie) a ROM (konštantné úložné zariadenie) a iné poddruhy pamäte počítača.

V počítači postavenom podľa opísanej schémy sa vyskytuje sekvenčné čítanie príkazov z pamäte a ich vykonanie. Číslo (adresa) ďalšej bunky pamäte, z ktorého bude načítanie ďalšieho príkazu programu, je označené špeciálnym zariadením - Command Counter k UU. Jeho prítomnosť je tiež jednou z charakteristických vlastností posudzovaného architektúry.

Konštrukcia architektúry počítačových zariadení vyvinula na pozadí, bola tak zásadná, že dostali názov architektúry Nimanovsk v literatúre. Prevažná väčšina výpočtových strojov dnes sú pozadia-neumanovsky autá. Výnimkami sú len individuálne typy systémov pre paralelné výpočtové služby, v ktorom nie je žiadnym commiss commiss, klasický koncept premennej nie je implementovaný a existujú ďalšie základné základné rozdiely od klasického modelu (príklady streamingových a redukčných počítačov).

abstraktný

Téma: '' Architektúra EMM a jeho hlavné charakteristiky ''.

Úvod

Elektronické a výpočtové stroje (počítače), alebo, ako sú teraz častejšie, počítače sú jedným z najúžasnejších tvorov človeka. V úzkom zmysle počítačov - to sú zariadenia, ktoré vykonávajú rôzne druhy výpočtov alebo uľahčujú tento proces. Najjednoduchšie zariadenia, ktoré slúžia na takéto účely, sa objavili v hlbokej staroveku, niekoľko tisícročí. Ako sa vyvíja ľudská civilizácia, pomaly sa zvyšujú, neustále sa zlepšujú. Avšak, len B. 40s nášho storočia Bolo potrebné začať vytvárať počítače modernej architektúry as modernou logikou. Je to v týchto rokoch, že je možné zvážiť čas narodenia moderných (prirodzene, elektronických) počítačových počítačov.

Ak chcete vytvoriť počítač a efektívny a univerzálny nástroj, mal by obsahovať nasledujúce štruktúry: centrálne aritmetické logické zariadenie (ALU), centrálne riadiace zariadenie (UU), "Starostlivosť", úložné zariadenie alebo pamäť, ako aj Informácie I / O zariadenia.

Von Neuman poznamenal, že tento systém by mal pracovať s binárnymi číslami, aby bol elektronický, nie mechanickým zariadením a vykonávať operácie postupne, jeden po druhom.

ZásadyPozadie vytvorené von Neumanan sa vo všeobecnosti prijal a sú založené na veľkých počítačoch prvých generácií a neskôr mini a mikro-počítač. A hoci nedávno existujú aktívne vyhľadávanie pre výpočtové stroje postavené na princípoch iných ako klasické, väčšina počítačov je postavená podľa zásad definovaných NEIMIAN.

Architektúra a štruktúra počítača

Pri posudzovaní počítačových zariadení je zvyčajné rozlíšiť ich architektúru a konštrukcia.

Počítačová architektúra Nazýva sa jeho popis na niektorých všeobecných úrovniach, vrátane opisu možností programovania používateľov, tímov, adresárových systémov, pamäťovej organizácie atď. Architektúra definuje princípy prevádzky, informačných odkazov a vzájomné pripojenie hlavných logických komponentov počítača: procesor, prevádzková pamäť, externá pamäť a periférne zariadenia. Komunita architektúry rôznych počítačov poskytuje ich kompatibilitu z pohľadu používateľa.

Počítačová štruktúra - Toto je kombinácia jeho funkčných prvkov a pripojení medzi nimi. Prvky môžu byť najviac rôznymi zariadeniami - od hlavných logických uzlov počítača do najjednoduchších schém. Štruktúra počítača je graficky znázornená vo forme konštrukčných schém, s ktorými môžete dať popis počítača na akúkoľvek úroveň detailu.

Najbežnejšie je nasledujúce architektonické riešenia.

Klasická architektúra (Neumanna von architektúra) - jedno aritmetické-logické zariadenie (allu), cez ktoré prechádza tok dát, a jedno riadiace zariadenie (UU), cez ktoré prechádza prúd prietoku - program. Toto je jeden procesorový počítač. Tento typ architektúry zahŕňa aj architektúru osobného počítača spoločná pneumatika. Všetky funkčné bloky sú vzájomne prepojené spoločnou pneumatikou, nazývanou aj systémom systému.

Fyzicky diaľnica Je to viacvodná čiara so zásuvkami na pripojenie elektronických obvodov. Vodiče mainstream Je rozdelená do samostatných skupín: adresa adresy, dátový autobus a kontrolný autobus.

Strhnúť ereférie ( tlačiareň et al.) Pripojenie k počítačovému hardvéru prostredníctvom špeciálnych regulátorov - periférnych riadiacich zariadení.

Regulátor - Zariadenie, ktoré viaže periférne zariadenie alebo komunikačné kanály s centrálnym procesorom, s uvoľňovaním procesora z priamej kontroly prevádzky tohto zariadenia.

Architektúra multiprOsoby. Prítomnosť v počítači Viac procesorov znamená, že mnoho dátových tokov je možné usporiadať paralelne a mnoho príkazových prúdov. Paralelne sa môže uskutočniť niekoľko fragmentov jednej úlohy. Štruktúra takéhoto stroja, ktorý má celkovú RAM a niekoľko procesorov je prezentovaná na obrázku.

Architektúra počítača MultiProcesor

Multimarický počítačový systém. V počítačovom systéme existuje niekoľko procesorov, nemajú spoločnú RAM a navzájom (Miestne). Každý počítač v multimóznom systéme má klasickú architektúru a takýto systém sa aplikuje pomerne široký. Avšak, účinok používania takéhoto výpočtového systému je možné získať len pri riešení problémov s veľmi špeciálnou štruktúrou: by sa malo rozdeliť na toľko mierne pripojených podúhkov, koľko počítačov v systéme.

Výhodou pri výkone multiprocesorových a viacstupňových počítačových systémov pred jedným procesorom je zrejmé.

Architektúra s paralelnými procesormi. Tu niekoľko ALU pracuje pod kontrolou jedného yoo. To znamená, že súbor údajov je možné spracovať podľa jedného programu - to znamená jeden prúd príkazov. Vysoká rýchlosť takejto architektúry je možné získať len na úlohách, v ktorých sa rovnaké počítačové operácie vykonávajú súčasne na rôznych jednotlivých súboroch údajov. Štruktúra takýchto počítačov je uvedená na obrázku.

Architektúra s paralelným procesorom

Moderné stroje sú často prítomné prvky rôznych typov architektonických riešení. Tam sú tiež také architektonické riešenia, ktoré sú radikálne odlišné od tých, ktoré sú uvedené vyššie.

Moderný osobný počítač pozostáva z niekoľkých základných konštrukčných komponentov:

    systémová jednotka;

    monitorovať;

    klávesnica;

    manipulátory.


Systémová jednotka

Systémová jednotka je najdôležitejším blokom počítača. K nemu sú pripojené všetky ostatné bloky nazývané externé alebo periférne zariadenia. Systémová jednotka obsahuje hlavné elektronické komponenty počítača. Ks sú postavené na základe SBI (super-vysoké integrované obvody), a takmer všetky z nich sú vo vnútri systémovej jednotky, na špeciálnych poplatkoch (doska je plastová doska, na ktorej sú elektronické komponenty pevné a prepojené - Sirfaces, čipy atď.). Najdôležitejšia počítačová doska je základná doska. Na to sú centrálny procesor, CoproCessor, prevádzkové úložné zariadenie - Oz a konektory pre pripojenie externých regulátorov zariadenia.

V systémovej jednotke sú umiestnené:

    napájanie je zariadenie, ktoré prevádza striedavé napätie siete do konštantného napätia rôznej polarity a veľkosť potrebnej na napájanie systémovej dosky a interných zariadení. Napájanie obsahuje ventilátor, ktorý vytvára cirkulujúce prúdenie vzduchu na chladenie systémovej jednotky.

    systémový poplatok (základná doska);

    diaľnica (systémová zbernica);

    cPU;

    zvuková karta;

    grafická karta (grafická karta);

    tvrdé magnetické pohony;

    pohony na flexibilných magnetických diskoch;

    optické, magneto-optické atď.;

    cD-ROM DRIVE, DVD-ROM;

Základná doska

Hlavnou časťou akéhokoľvek počítačového systému je základná doska s hlavným procesorom a podpornými čipmi. Funkčná základná doska môže byť opísaná rôznymi spôsobmi. Niekedy táto doska obsahuje celý obvod počítača (jednorazová poloha). Na rozdiel od jednej dosky, v konektoroch Bosor, má základná doska minimálna konfiguračná schéma, zostávajúce funkcie sa implementujú s použitím mnohých ďalších dosiek. Všetky komponenty sú pripojené pneumatika. Na základnej doske neexistuje žiadny video adaptér, niektoré typy pamäte a prostriedky komunikácie s ďalšími zariadeniami. Tieto zariadenia (predlžovacie dosky) sa pridávajú do systémovej dosky pripevnením rozšírenia na prípojnicu, ktorá je súčasťou systémovej dosky.

Prvá základná doska bola vyvinutá IBM a zobrazená v auguste 1981 (PC-1). V roku 1983 sa objavil počítač s zväčšenou doskou (PC-2). Maximálne, ktoré by mohli podporovať PC-1 bez použitia predlžovacích dosiek - 64K pamäti. PC-2 už mal 256k, ale najdôležitejším rozdielom bol v programovaní dvoch dosiek. PC-1 systémový poplatok nemohol podporovať najvýkonnejšie rozšírenie zariadení, ako je pevný disk a vylepšené video adaptéry.

Základná doska je komplexom rôznych zariadení podporujúcich systém systému ako celku. Povinné atribúty základnej dosky sú základné cPU, ram, Systém BIOS, Controller klávesnica, Expanzné konektory.

Základná doska vo vnútri počítača je hlavná montážna položka, na ktorú sú priložené ostatné komponenty.

S normálnou prevádzkou základnej dosky si to nepamätá, kým nebudete potrebovať zlepšiť počítač. Zvyčajne chcete dať rýchlejší procesor, ktorý vedie k nahradeniu základnej dosky. Nie je možné napríklad nahradiť staré Pentium MMX na Pentium III bez novej základnej dosky.

Podľa vzhľadu základnej dosky môžete určiť, ktoré potrebujete cPU, pamäť A ďalšie zariadenia vložené do externých portov a počítačových zásuviek.

Z hľadiska veľkosti môžu byť základné dosky vo všeobecnosti rozdelené do troch skupín. Predtým mali všetky základné dosky veľkosť 8,5 / 11 palcov. V XT sa veľkosti zvýšili o 1 palec v rozmeroch ešte viac. Často to môže ísť o "zelené" dosky (zelená základná doska). K dispozícii sú iba takéto poplatky. Tieto základné dosky vám umožňujú implementovať niekoľko režimov spotreby ekonomiky (vrátane takzvaného "spánku", ktorý vypne výkon z komponentov počítača, ktorý momentálne nefunguje).

Americká agentúra pre ochranu životného prostredia (EPA) bola zameraná na zníženie spotreby energie prostredníctvom počítačových systémov. Zariadenie, ktoré to spĺňa (EPA), by sa malo vyžadovať v priemere (v základnom režime) na konzumovanie nie viac ako 30W, nepoužívajte toxické materiály a nechajte 100% recykláciu. Vzhľadom k tomu, moderné mikroprocesory používajú napájacie napätie 3,3-4V a 5V je kŕmené, na systéme
montážne konvertory montáže dosiek.

Frekvencia CPU, systémové zbernice a autobusové periférne zariadenia

Rýchlosť rôznych komponentov počítača (procesor, RAM a periférne regulátory) môže byť výrazne odlišné. Ak chcete zhodovať rýchlosť na základnej doske, špeciálne čipy (chipsy) sú nainštalované, vrátane regulátora RAM (tzv. Northern most) a periférny regulátor (južný most).

Obr. Systém logickej systémovej dosky

Interiérový most zaisťuje výmenu informácií medzi procesorom a RAM na systémovej zbernici. Procesor používa vnútornú frekvenčnú násobenie, takže frekvencia procesora je niekoľkokrát väčšia ako frekvencia systémovej zbernice. V moderných počítačoch môže frekvencia procesora prekročiť frekvenciu systémovej pneumatiky 10-krát (napríklad frekvenciu procesora 1 GHz a frekvencia pneumatiky je 100 MHz).

Autobus PCI je pripojený k Severnému mostu (periférická zložka prepojovacia zbernica - interakcia autobusom periférnych zariadení), ktorá poskytuje výmenu informácií s regulátormi periférnych zariadení. Frekvencia regulátorov je nižšia ako frekvencia systémovej pneumatiky, napríklad, ak je frekvencia systémovej zbernice 100 MHz, frekvencia zbernice PCI je zvyčajne trikrát nižšia ako 33 MHz. Regulátory periférnych zariadení ( zvukový poplatok, sieťová karta, regulátor SCSI, interný modem) Inštalácia v systémovej doske rozširujúce sloty.

Keďže rozlíšenie monitora a hĺbku farieb sa zvyšuje rýchlosť rýchlosti pneumatikyviazanie video dovolenka S procesorom a rýchlym pamäťou, zvýšenie. V súčasnosti pripojiť video platba Zvyčajne špeciálny AGP zbernica (zrýchlený grafický port je urýchlený grafický port) pripojený k severnému mostu a má frekvenciu niekoľkokrát väčšiu ako zbernicu PCI.

Južný most zabezpečuje výmenu informácií medzi severným mostom a prístavmi na pripojenie periférnych zariadení.

Zariadenia na ukladanie informácií ( pevné disky, CD-ROM., DVD-ROM) Pripojte sa k južnému mostu cez zbernicu UDMA (Ultra Direct Memory Access - Direct Memory Connection).

Myš a externý modem Pripojené k južnému mostu s sériovými portami, ktoré prenášajú elektrické impulzy, ktoré prenášajú informácie v strojovom kóde, sú postupne jeden po druhom. Po sebe idúce prístavy ako COM1 a COM2 a
hardvér je implementovaný pomocou 25-pinových a 9-pinových konektorov, ktoré sú zobrazené na zadnom paneli systémovej jednotky.

tlačiareň Spojuje sa k paralelným portom, ktorý poskytuje vyššiu rýchlosť prenosu informácií ako sériové porty, pretože súčasne prenáša 8 elektrických impulzov nesúcich informácie v strojovom kóde. Paralelný port sa označuje ako LTP a hardvér je implementovaný ako 25-kolíkový konektor na zadnom paneli. systémový blok.

USB port sa zvyčajne používa na pripojenie skenerov a digitálnych fotoaparátov (univerzálny sériový autobus - univerzálne sekvenčné pneumatika), ktorý poskytuje vysokorýchlostné pripojenie k počítaču naraz niekoľko periférnych zariadení. Klávesnica Zvyčajne sa pripája pomocou portu PS / 2.

Hlavné charakteristiky výpočtového vybavenia

Hlavné charakteristiky výpočtovej techniky zahŕňajú jeho prevádzkové a technické vlastnosti, ako je rýchlosť, schopnosť pamäte, presnosť výpočtu atď.

Špecifikácia EUM. V dvoch aspektoch. Na jednej strane sa vyznačuje počtom základných operácií, ktoré vykonáva centrálny procesor za sekundu. Pod základnou prevádzkou sa chápe ako každá najjednoduchšia prevádzka typu pridávania, špedície, porovnania PT. Na druhej strane, výkon počítača výrazne závisí od organizácie jeho pamäte. Čas strávený na vyhľadávaní potrebných informácií v pamäti je výrazne ovplyvnený rýchlosťou počítača.

V závislosti od rozsahu pôsobnosti je počítač vydaný rýchlosťou od niekoľkých sto tisíc do miliárd operácií za sekundu. Ak chcete vyriešiť komplexné úlohy, je možné kombinovať niekoľko počítačov do jedného výpočtového komplexu s požadovanou celkovou rýchlosťou.

Spolu s rýchlosťou často používajte koncepciu výkon. Ak je prvá spôsobená najmä v systéme EMM, druhá je spojená s jeho architektúrou a odrôd vyriešených úloh. Aj pre jeden počítač, takáto charakteristika, ako rýchlosť, nie je veľkosť konštanty. V tomto ohľade rozlišujú: špičkovú rýchlosť, určená hodinovými frekvenciou procesora bez zohľadnenia prístupu k RAM; nominálna rýchlosť, určená na základe času prístupu RAM; Rýchlosť systému, určená s prihliadnutím na systematické náklady na organizáciu výpočtového procesu; Operačné, definované, s prihliadnutím na povahu úloh (zloženie operácií alebo ich "zmes").

Alebo hlasitosť, pamäť Určené maximálnym počtom informácií, ktoré môžu byť umiestnené v pamäti počítača. Typicky sa kapacita pamäte meria v bajtoch. Ako už bolo uvedené, pamäť počítača je rozdelená na vnútornú a externú. Vnútorné, alebo RAM, pokiaľ ide o rôzne stroje, rôzne stroje sú odlišné a je určená systémom adresovania EMM. Kapacita externej pamäte v dôsledku blokovej štruktúry a odnímateľných skladovacích konštrukcií je takmer neobmedzená.

Presnosť výpočtov Záleží na počte vypúšťaní použitých na reprezentáciu jedného čísla. Moderné počítače sú vybavené 32- alebo 64-bitovými mikroprocesormi, čo je dosť dosť na zabezpečenie vysokej presnosti výpočtov v širokej škále aplikácií. Avšak, ak to nestačí, môžete použiť dvojité alebo trojnásobné výtlačné pletivo.

Tímový systém - Toto je zoznam príkazov, ktoré sú schopné vykonávať počítačový procesor. Súpravy príkazového systému, ktoré konkrétne operácie môže vykonávať procesor, koľko operandov je potrebných na určenie príkazu, aký formát) musí mať príkaz na jeho uznanie. Počet hlavných druhov tímu je malý. Pomocou ich pomoci je počítač schopný vykonávať operácie navyše, odčítanie, násobenie, rozdelenie, porovnania, pamäťové záznamy, prenos čísla z registra do registra, transformácie z jedného čísla systému do druhého, atď, v prípade potreby, Vykonáva sa modifikácia príkazov, ktoré zohľadňujú špecifiká výpočtu. Počítač zvyčajne používa od desiatok až po stovky príkazov (berúc do úvahy ich modifikáciu). V súčasnej fáze vývoja výpočtovej techniky sa pri vytváraní systému riadenia procesora používajú dva hlavné prístupy. Na jednej strane je to tradičný prístup spojený s vývojom procesorov s kompletnou sadou príkazov - CACK architektúra (Kompletné inštrukčné nastavenie počítača je počítač s kompletnou sadou príkazov). Na druhej strane sa implementuje v počítači Znížená sada jednoduchých, ale často používaných príkazov, ktorá vám umožňuje zjednodušiť hardvérový procesor a zvýšiť jeho rýchlosť - architektúra RISC (redukované pokyny nastavené počítač je počítač so zníženým Súprava príkazov).

Náklady na EUM. Závisí od množstva faktorov, najmä od rýchlosti, kapacity pamäte, tímov atď., Osobitný vplyv na náklady je zabezpečené špecifickou skurovaním počítača a predovšetkým externé zariadenia zahrnuté v stroji. Nakoniec, náklady na softvér výrazne ovplyvňujú náklady na počítač.

Spoľahlivosť EUM. - Toto je schopnosť stroja udržiavať svoje vlastnosti za určitých prevádzkových podmienok na určité časové obdobie. Kvantitatívne posúdenie spoľahlivosti počítača obsahujúceho prvkov, ktorých odmietnutie vedie k poruche celého stroja, nasledujúce ukazovatele môžu slúžiť ako:

Pravdepodobnosť bezproblémovej prevádzky na určitý čas v rámci týchto prevádzkových podmienok;
Prevádzka EMM na odmietnutie;
Priemerný čas obnovy stroja atď.

Pre zložitejšie štruktúry, ako je počítačový komplex alebo systém, koncepcia "odmietnutia" nedáva zmysel. V takýchto systémoch sa zlyhania jednotlivých prvkov vedú k určitému poklesu efektívnosti fungovania, a nie na úplnú stratu pracovnej kapacity ako celku.

Ďalšie charakteristiky výpočtového vybavenia sú dôležité napríklad: univerzálnosť, kompatibilita softvéru, hmotnosť, rozmery, spotreba energie atď. Sú berie do úvahy pri hodnotení špecifických aplikácií počítačov.

Zoznam referencií

    Bukchin L.V., Bezless, Yu.l. Počítače kompatibilné so systémom IBM. - M.: BININ, 1993. - 284 p.

    Laguthenko O.I. Modems. Užívateľský adresár. - SPB.: LAN, 1997. - 364

    Informatika. Základný kurz

    Simonovich S.V. a ďalšie. - St. Petersburg: Vydavateľstvo "Peter", 2000.

    Ugrinovich n.D. Informatika a informačné technológie. Návod na 10-11 tried. Hĺbkový kurz. - M.: Lab Základné znalosti, 2000.

    A. A. Architektúra výpočtových systémov SMIRNOV, M. Science, 1990

Abstrakt 1.

Úvod 2.

Architektúra a EMM 3 štruktúra

Eum ... koncepcia architektúra počítač, jeho obsah je pomerne rozsiahly. Architektúra počítač - ... charakteristika počítačdefinujúci jeho Štruktúra: technická a prevádzková technické údaje počítač ...

  • Architektúra počítač (9)

    Abstrakt \u003e\u003e Informatika

    A ovládacie klávesy. Najdôležitejší charakteristika Klávesnice sú citlivosť jeho Klávesy na stlačte, mäkké ....). Otázky na kurze "operátor Počítač " Architektúra počítač; Údržba Zásady výstavby počítač; \\ T Počítačové zariadenie obvody ...

  • Údržba technické údaje počítač Rôzne generácie

    Abstrakt \u003e\u003e Informatika

    Telekomunikácie, informačná služba tabuľka - Údržba technické údaje počítač Rôzne generácie Generation 1 2 ... pracovné režimy počítač, plánovanie jeho Zdroje položené ... príležitosti. Komplikované logické architektúra počítač A ich periférne ...

  • Klasifikácia, štruktúra a Údržba technické údaje Mikroprocesory PC (2)

    Úloha \u003e\u003e Informatika

    Klasifikácia, štruktúra a Údržba technické údaje PC Mikroprocesory "............ .3 Workshop ... podľa výsledkov jeho Spracovanie. CPU... počítač implementovaná hlavné cyklus ... komunikácia, 2005 Smirnov A.D. Architektúra Výpočtové systémy. - M.: "Veda", ...

    • Štruktúra počítača je kombináciou jeho funkčných prvkov a pripojení medzi nimi. Štruktúra počítača je graficky znázornená vo forme konštrukčných schém, s ktorými môžete dať popis počítača na akúkoľvek úroveň detailu.

    Architektúra počítača sa považuje za prítomnú na niektorých všeobecných úrovniach, vrátane opisu možností programovania používateľov, príkazového systému, adresárových systémov, pamäťovej organizácie atď. Architektúra definuje zásady prevádzky, informačných odkazov a vzájomné pripojenie hlavných logických komponentov Počítač: procesor, prevádzkové zariadenie (RAM, OP), externá pamäť a periférne zariadenia.

    Najdôležitejšie miesto v štruktúrovaní systémov je obsadené pomocou konjugácie, ktoré sa nazývajú rozhrania. Rozhranie je súbor spínačov, riadkov, signálov, elektronických obvodov a algoritmov (protokolov) určených na výmenu informácií medzi zariadeniami.

    Štruktúry a architektúra počítačových princípov von Neymanan

    Architektúra väčšiny počítačov je založená na nasledujúcich všeobecných princípoch formulovaných v roku 1945 americkým vedcom J. Background Neumanom v správe EDVAC

    Princíp riadenia softvéru; Princíp jednotnosti pamäte; Zásady zacielenia. Po viac ako 60 rokoch má väčšina počítačov "pozadia-neumanovsk architektúra", a zvyčajne sa zásady pozadia Nimananu implementujú v nasledujúcom formulári:

    • RAM (OP alebo RAM - prevádzkové úložné zariadenie) je organizované ako sada strojových slov (MS) pevnej dĺžky alebo bit (čo znamená počet binárnych jednotiek alebo bitov obsiahnutých v každom členskom štáte). Napríklad, začiatkom PEVM mal výboj 8, potom sa objavil 16-bit, a potom 32- a 64-bitové stroje. Naraz, aj 45-bitové (M-20, M-220) existovalo, 35-bit (Minsk-22, Minsk-32) a iné stroje;
    • OP tvorí jeden adresný priestor, MS sa adries zvyšuje z mladších na starších;
    • V OP sú umiestnené tak údaje, ako aj programy av databáze, jedno slovo, spravidla, zodpovedá rovnakému číslu av programovej oblasti - jeden príkaz (inštrukcie stroja - minimálny a nedeliteľný prvok programu) ; \\ T
    • Príkazy vykonávajú B. prirodzená sekvencia(Vzostupne adresy v OP), kým sa nespĺňa manažérsky tím (podmienené / bezpodmienečné prechodné alebo vetvenie vetvenia), v dôsledku čoho sa prirodzený postup preruší;
    • CPU môže ľubovoľne pristupovať k akejkoľvek adresy v OP pre odber vzoriek a / alebo nahrávanie v členských číslach alebo príkazoch.

    Funkčné bloky (agregáty, zariadenia)

    Stručný zoznam hlavných zariadení obsiahnutých v počítačových strojoch sú znázornené na obr. 2.1.

    Centrálne zariadenie (CSU) Predstavuje hlavnú zložku počítača a následne obsahuje CPU - CPU (centrálna procesná jednotka - CPU) a OP (Hlavné skladovanie, pamäť jadra, pamäť s náhodným prístupom - RAM).

    Procesor priamo implementuje operácie spracovania a správa výpočtového procesu, ktorý vykonáva vzorku príkazov a dát z operačného panelu

    2.1. ECM štruktúry a architektúra

    Obr. 2.1. Zoznam zariadení EUM.

    * Tieto zariadenia sa tu neuvažujú. Čitateľ môže kontaktovať napríklad.

    mint, ich vykonanie a výsledky záznamu v OP, zapnutie a vypnutie WU. Ako príklad zvážte procesor Intel Pentium Príklad (obr. 2.2). Pozostáva z nasledujúcich blokov:

    Jadro (jadro). Hlavné výkonné zariadenie, ktoré obsahuje aritmetické logické zariadenie (ALU alebo aritmetické a logické jednotky - ALU), dopravníky. ALU je súčasťou procesora, ktorý vykonáva aritmetické a logické operácie na údajoch v súlade s operáciami, ktoré mu boli uvedené, ktoré sa musia vykonať na premenných umiestnených v registroch. Zlepšenie výkonu sa dosiahlo vďaka dvom dopravníkom, čo umožňuje súčasne niekoľko pokynov. Jedná sa o dva paralelné 5-stupňové celočíselné integer dopravník, ktorý vám umožní čítať, interpretovať, vykonať dva príkazy súčasne. Integerové príkazy môžu byť vykonané pre jeden synchronizačný cyklus. Jedná sa o rôzne dopravníky: U-Dopravník vykonáva akýkoľvek velenie tím tímov 86; V-Dopravník vykonáva len "jednoduché" príkazy, t.j. príkazy, ktoré sú plne vložené do MP obvodov a nevyžadujú firmvér (mikrokód) počas realizácie (to sú príkazy,


    Obr. 2.2.

    umožtení párovania s inými príkazmi: Register Register, Registrácia pamäte, Registrácia, prechody, výzvy, aritmetické a logické operácie);

    • Prediktor prechodov (vetva prediktor) - blok, ktorý "sa snaží uhádnuť" smer vetvenia programu a nahrať informácie vopred v blokoch predikcie a dekódovanie príkazov;
    • Bunch Cieľová vyrovnávacia pamäť - W V). Poskytuje dynamickú predikciu prechodov. Zlepšuje vykonanie príkazov zapamätaním prechodov (256 posledných prechodov) a dopredu vykonáva najpravdepodobnejší prechod, keď je príkaz pobočky vzorka. S metickými predikčnými metódami je predpísané vždy vykonávať alebo nie sú určité typy prechodov. S dynamickými metódami sa skúma správanie prechodných príkazov na predchádzajúce obdobie;
    • Plávajúca bodová jednotka). Vykonáva spracovanie čísel plávajúceho bodu;
    • Level 1 cache (cache Level 1). Procesor má dve pamäťové banky 8 kb, jeden - pre príkazy, druhý - pre dáta, ktoré majú väčšiu rýchlosť, tým viac rýchlej rýchlosti, viacnásobnejšia pamäť cache (cache L2).
    • Autobusové rozhranie (Autobusové rozhranie). Odosiela do toku CPU príkazov a údajov a tiež prenáša údaje z CPU.

    Externé (periférne) zariadenia (v y). Wu poskytuje interakciu s prostredím - užívateľmi, ovládacími objektmi, inými strojmi.

    Rozhrania Slúži na spárovanie centrálnych uzlov stroja s jeho externými zariadeniami.

    Rovnaký typ zariadenia CSU a ukladacích údajov môžu byť použité v rôznych typoch strojov. Príklady toho, ako firmy, ktoré začali svoje aktivity s výrobou riadiacich strojov, zlepšovanie ich výrobkov, prevedených na uvoľnenie systémov, ktoré v závislosti od konfigurácie Wu môžu vykonávať úlohu univerzálnych aj riadiacich strojov (Hewlett-Packard Stroje - HP a Digitálne vybavenie Corporation - DEC).

    Architektúra EMM.

    Architektúra "Star". Tu je procesor (CSU) - obr. 2.3, ale -je pripojený priamo k Wu a riadi svoju prácu (skoré modely strojov). Tento typ je tiež označovaný ako klasická architektúra (pozadie NEIMANE) je jedno aritmetické-logické zariadenie (allu), cez ktoré prechádza tok dát, a jedno riadiace zariadenie (UD), cez ktoré prechádza príkazový prúd - program. Toto je jeden procesorový počítač.

    Architektúra princa a Harvardov. Architektúra Neumanana je často identifikovaná s Architektúrou Princeton, ktorá sa vyznačuje pomocou spoločného RAM pre ukladanie programov a údajov. Architektúra Harvard sa vyznačuje fyzickým oddelením pamäte príkazov (programov) a dátovej pamäte. Harvard Architecture Prvky sa často používajú v moderných procesoroch, keď sú príkazom pamäte (I-cache) a dátová pamäť (D-cache) pridelené v vyrovnávacej pamäti CPU.

    Hierarchická architektúra (Obr. 2.3, b) - CSU je pripojený k periférnym procesorom (pomocné procesory, kanály, kanálové procesory), ovládanie riadiacich regulátorov, ku ktorému sú skupiny WU (IBM 360-375 systémov, počítača EÚ);

    Hlavná štruktúra (Celkový autobus - UNIBAS, Obr. 2.3, na) -procesor (procesory) a pamäťové bloky (OP) komunikujú navzájom a s WU (Controlérmi WU) cez vnútorný kanál, spoločné pre všetky zariadenia (Stroje DEC, IBM RS-zdieľané PEVM).

    Technicky je pneumatika sada vodičov (čiary), ktorá spája rôzne komponenty počítača na ich zásobovanie na kŕmenie a výmenu údajov. V minimálnej konfigurácii pneumatiky má tri typy riadkov:

    zvládanie; adresy; údajov.

    Tento typ architektúry zahŕňa aj architektúru osobného počítača (PC). Samozrejme, reálna štruktúra PC (obr. 2.3, d) Z teoretických schém sa líši od teoretických schém - tu sa používa niekoľko druhov rozhraní pneumatík, ktoré sú spojené mostov - regulátory pamäte (Northbridge, Severný most) a periférnymi zariadeniami (Southbridge, South Bridge).


    Obr. 2.3. Základné triedy počítačových architektúr: ale - centralizované; b. - hierarchické; na adrese - kmeň; g - Všeobecná štruktúra osobného počítača - Architektúra Northbridge / Southbridge

    Tu je príklad chipset (chipset) TRITON 430 TX:

    • Northbridge je regulátor systému MicroCircit 82439TX, MTHS. Integruje kontrolu pamäte cache, autobusu OP a PCI;
    • Southbridge - 82371AV PCI ISA IDE Xcelerator, PIIX4 je multifunkčné zariadenie, ktoré implementuje komunikáciu PCI-ISA, funkcie Contentátora USB (HUB) a funkcie správy napájania (rozšírené riadenie napájania). Tu je implementovaný dynamickou architektúrou riadenia energie (DPMA) - architektúra dynamického riadenia energie. Podporuje sa aj protokol prístupu na priamu pamäť (ULTRA DMA), ktorá poskytuje prenosovú rýchlosť 33 MB / s s NJMD.

    Moderné systémy zahŕňajú dva typy pneumatík:

    • pneumatika systému Pripojenie procesora s cache OP a 2-úrovňou;
    • veľa i / O pneumatiky Spojovací procesor s rôznymi periférnymi zariadeniami.

    Systémová zbernica počas architektúry DIB (duálny nezávislý autobus, dvojitý nezávislý autobus) je fyzicky rozdelený na dve (obr. 2.3, d):

    • Primárny autobus (FSB, Frontside Bus), pripojenie procesora s OP a OP s periférnymi zariadeniami;
    • Sekundárna pneumatika (BSB, Backside Bus) pre komunikáciu s cache.

    Používanie dvojitého nezávislého zbernice zlepšuje výkon z dôvodu schopnosti procesora paralelne s prístupom k rôznym úrovniam pamäte. Podmienky "FSB" a "systémové zbernice" sa zvyčajne používajú ako synonymá.

    Treba mať na pamäti, že terminológia sa teraz používa na opis rozhraní nie je celkom jednoznačná a jasná. Systémový autobus sa často označuje ako "hlavná zbernica", "hostiteľský autobus", "procesorový autobus" alebo "miestna pneumatika". Pre I / O autobus, expanzná pneumatika, "externý autobus" a opäť - "miestny autobus".

    Otvorte architektúru IBM-PC a jej vývoj

    Prvýkrát implementovaný v IBM PC, IBM PC / XT a PC / na strojoch, koncepcia otvorenej architektúry predpokladá, že periférne zariadenia sú spojené s CSU (procesor

    a op) prostredníctvom vymeniteľných expanzných kariet (alebo adaptérov), ktoré obsahujú elektroniku, zodpovedajúce CSU a periférii - obr. 2.4. Vývoj alebo výmena niektorých externých zariadení ostatným v takýchto podmienkach je sprevádzaná jednoduchá výmena mapy.


    Obr. 2.4. Otvorená architektúra IBM PC:

    1 - základná doska (procesor, pamäť, chipset); 2 - vnútorné rozhranie (ISA, MCA, SCSI, LPC, AGP, HYPERTRANSPORT, PCI, PCI-X, atď.); 3 - Predlžovacia doska (adaptér, karta rozhrania, regulátor externého zariadenia); 4 - rozhranie externého zariadenia (RS-232, CENTRONICS, USB, FIREWIRE, INFRORROVANÉ, ESATA, BLUETOOTH, atď.); 5 - Periférne zariadenie (klávesnica, monitor, tlačiareň, skener atď.)

    Systémové poplatky a ich odrody. Základná doska sa nazýva aj hlavná (základná doska) alebo základná doska, niekedy backplane. Toto je hlavná montážna schéma vo vnútri počítača, na ktorej sa nachádza procesor, pamäť, expanzné štrbiny a ktoré sú priamo alebo nepriamo pripevnené ku každej časti počítača.

    Nižšie uvedené údaje ilustrujú komponenty pre dve typické dosky:

    • Dieťa na (wat), kde sa konektor Socket 7 používa na pripojenie procesora, približne 1995 (obr. 2.5, 2.7, ale);
    • ATX s konektorom slotu 1 na pripojenie procesora Pentium a typické systémové dosky na trhu od konca roku 1998 (obr. 2.6, 2.7, b).

    Otvorená architektúra prvého počítača predpokladala minimum zariadenia, ktorých regulátory boli integrované do základnej dosky (napr. Klávesový port). Všetky ostatné, vrátane displeja adaptéra, tlačiarne, modem, NGMD alebo regulátora pevného disku, boli ďalšie komponenty pripojené cez expanzné konektory.

    Koncom deväťdesiatych rokov. Tam bola tendencia k predpokladom adaptérov periférnych zariadení priamo do systému




    Obr. 2.7. Konektory a rozhrania umiestnené na zadnej strane puzdra: ale - dieťa za poplatok (schematický obraz), b.- ATH (Rovnaký); na - Všeobecný pohľad na niektoré typy externých rozhraní: 1 - Konektor pre pripojenie napájacieho kábla monitora (na ATX puzdrá môže chýbať); 2 - konektor na pripojenie počítača do sieťovej siete; 3 - Konektor na pripojenie klávesnice PS / 2 (mini-Din, 6 pinov); 4 - Konektor na pripojenie klávesnice DIN-5; 5 - Konektor myši PS / 2; 6 - USB porty; 7 - sériový port (COM2); 8 - sériový port (som1); 9 - Paralelný port (LPT); 10 - Video výstup (VGA / SVGA); 11 - konektor na pripojenie lokálnej siete (v súlade s počítačovým modelom); 12 - Port MIDI / GAME (v súlade s počítačovým modelom); 13 - Hniezda pre pripojenie externých audio systémov (v súlade s modelom počítača)

    po určitom čase sa po určitom čase integroval významný počet zariadení, ale mnohé z nich sú grafika, sieťové rozhranie, SCSI zariadenia a zvuk - napriek tomu sú naďalej odnímateľné. Tento proces bol pomalý, ako sú I / O porty a regulátory diskov v roku 1995 boli často umiestnené na expanzných doskách. Výrobcovia boli neustále experimentovaní s rôznymi úrovňami integrácie, vkladanie niektorých alebo dokonca všetkých týchto zložiek do základnej dosky. Existuje však zjavná prekážka - je ťažké aktualizovať zostavu, pretože integrované komponenty nie je možné odstrániť. Pre vysoko integrované systémové dosky sa často nevyžaduje neštandardný prípad, pri nahradení individuálnej chybnej zložky je možné vybrať systémovú dosku.

    V dôsledku toho tie časti systému, špecifikácia, ktorá sa líši najrýchlejšie - RAM, centrálny procesor a grafika sú výhodnejšie umiestniť v hniezdach, aby sa uľahčilo nahradenie. Rovnakým spôsobom, zvyčajne odstránený z hlavnej špecifikácie (na zníženie nákladov), ktoré nie sú všetky používatelia, ako sú sieťové rozhrania alebo SCSIS.

    Podobné články