Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ЭВМ –Аналоговые вычислительные машины (АВМ) –Аналоговые вычислительные машины (АВМ) вычислительные. - презентация

1 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ЭВМ –Аналоговые вычислительные машины (АВМ) –Аналоговые вычислительные машины (АВМ) вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговый форме), т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения). –Цифровые вычислительные машины (ЦВМ) –Цифровые вычислительные машины (ЦВМ) вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее в цифровой форме. –Гибридные вычислительные машины (ГВМ) –Гибридные вычислительные машины (ГВМ) вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами. По принципу действия

2 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Аналоговые ЭВМ Принцип действия

3 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Аналоговые ЭВМ Принцип действия

4 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Аналоговые ЭВМ Принцип действия

5 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ЭВМ По сферам деятельности человека –для автоматизации вычислений –для систем управления –для решения задач искусственного интеллекта

6 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ЭВМ По назначению –Универсальные –Проблемно-ориентированные –Специализированные

7 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ЭВМ По назначению –Многопользовательские –Рабочие станции –Персональные компьютеры –Сервера –Кластерные ЭВМ –Ноутбуки –Карманные компьютеры

8 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ЭВМ По функциональным (вычислительным) возможностям и размерам –Супер ЭВМ –Большие ЭВМ –Малые ЭВМ –Супер-мини –Микро ЭВМ –Микроконтроллеры и микропроцессоры

9 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ЭВМ По функциональным (вычислительным) возможностям и размерам Класс компьютера ПараметрыСупер компьютеры Большие компьютеры Малые компьютеры Микро компьютеры Производительность (MIPS) Емкость ОП (Мбайт) Емкость внешнего ЗУ (Гбайт) Разрядность (бит)

10 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Электронная вычислительная машина Электронная вычислительная машина это комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач пользователей. Структура ЭВМ Архитектура ЭВМ

11 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Структура Структура совокупность элементов и их связей: структура технических средств, структура программных средств, структура аппаратно-программных средств.

12 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Архитектура ЭВМ Архитектура ЭВМ это многоуровневая иерархия аппаратно-программных средств, из которых строится ЭВМ.

13 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Характеристики ЭВМ с точки зрения человеко-машинного интерфейса технические и эксплуатационные характеристики ЭВМ (быстродействие и производительность, показатели надежности, достоверности, точности, емкость оперативной и внешней памяти, габаритные размеры, стоимость технических и программных средств, особенности эксплуатации и др.); характеристики и состав функциональных модулей базовой конфигурации ЭВМ (возможность расширения состава технических и программных средств; возможность изменения структуры) состав программного обеспечения ЭВМ и сервисных услуг (операционная система или среда, пакеты прикладных программ, средства автоматизации программирования).

14 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Быстродействие Быстродействие число определенного типа команд, выполняемых ЭВМ за одну секунду. Производительность Производительность это объем работ (например, число стандартных программ), выполняемый ЭВМ в единицу времени.

15 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Единица измерения быстродействия - MIPS (Million Instructions Per Second миллион операций в секунду, обычно рассматриваются наиболее короткие операции типа сложения). Для оценки современных ЭВМ применяется достаточно редко по следующим причинам: – набор команд современных микропроцессоров может включать сотни команд, сильно отличающихся друг от друга длительностью выполнения; – значение, выраженное в MIPS, меняется в зависимости от особенностей программ;

16 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Единица измерения быстродействия - MFPOPS (Million Floating Point Operations Per Second миллион операций с плавающей точкой в секунду). Для персональных ЭВМ этот показатель практически не применяется из-за особенностей решаемых задач и структурных характеристик ЭВМ.

17 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Тестовые наборы для комплексных оценок производительности: – наборы тестов фирм-изготовителей для оценивания качества собственных изделий – стандартные универсальные тесты для ЭВМ, предназначенных для крупномасштабных вычислений; – специализированные тесты для конкретных областей применения компьютеров.

18 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Примеры тестовых наборов: – компания Intel для своих микропроцессоров ввела показатель iCOMP-Intel Comparative Microprocessor Performance; – пакет математических задач Linpack, по которому ведется список ТОР 500, включающий 500 самых производительных компьютерных установок в мире; – для тестирования ПК по критериям офисной группы приложений использовался тест Winstone97-Business, для группы «домашних компьютеров» WinBench97-CPUMark32, а для группы ПК для профессиональной работы 3DWinBench97-UserScene.

19 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Емкость запоминающих устройств Емкость запоминающих устройств количество структурных единиц информации, которые одновременно можно разместить в памяти.

20 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Бит Бит одна двоичная цифра, наименьшая структурная единица информации Байт = 8 бит. 1Кбайт = 2 10 байта = 1024 байта, 1Мбайт = 2 10 Кбайта = 2 20 байта, 1 Гбайт = 2 10 Мбайта = 2 20 Кбайта = 2 30 байта.

21 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Емкость оперативной памяти – для ПЭВМ в 2004 г. обычно Мб, в 2006 г. – Мб Емкость внешней памяти – флоп (1.44Мб) – винчестер (40Гб - 120Гб) – CD (DVD) (600Мб - 18Гб)

22 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Надежность Надежность это способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного времени (стандарт ISO /14-78 (Международная организация стандартов))

23 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Точность Точность возможность различать почти равные значения (стандарт ISO 2382/2-76). Точность получения результатов обработки в основном определяется разрядностью ЭВМ, которая в зависимости от класса ЭВМ может составлять 32, 64 и 128 двоичных разрядов.

24 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Структура и характеристики ЭВМ Достоверность Достоверность свойство информации быть правильно воспринятой. Достоверность характеризуется вероятностью получения безошибочных результатов.

25 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ программное управление Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление В основе его лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений

26 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Алгоритм «Алгоритм конечный набор предписаний, определяющий ре- шение задачи посредством конечного количества операций»

27 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Программа для ЭВМ «Программа для ЭВМ упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке» (стандарт ISO 2382/1-84 г.).

28 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Принцип Дж. фон Нейманом Принцип программного управления, описанный Дж. фон Нейманом Все вычисления, предписанные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов команд. Каждая команда содержит указания на конкретную выполняемую операцию, местонахождение (адреса) операндов и ряд служебных признаков.

29 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Фон-неймановской архитектура компьютеров содержит пять компонент: - Арифметико-логическое устройство (АЛУ). - Устройство управления. - Память. - Устройство ввода информации. - Устройство вывода информации. (Подавляющее большинство современных компьютеров).

30 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Операнды Операнды переменные, значения которых участвуют в операциях преобразования данных. Список (массив) всех переменных (входных данных, промежуточных значений и результатов вычислений) - неотъемлемый элемент любой программы.

31 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Для доступа к программам, командам и операндам используются их адреса. В качестве адресов выступают номера ячеек памяти ЭВМ, предназначенных для хранения объектов

32 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Структурные единицы информации ЭВМ полем. Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, представлена полем. словом Последовательность, состоящая из определенного, принятого для данной ЭВМ числа байтов, называется словом

33 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Структурные единицы информации ЭВМ бит самая малая структурная единица - бит ; поле последовательность битов - поле ; байт полей длинной 8 бит - байт ; последовательность байтов (2, 4, 8) - слово (особенность слова как структурной единицы в том, что оно записывается в ОЗУ и считывается из него за один цикл). массив Последовательность слов одинакового смысла - массив. Файл Файл это имеющий имя информационный массив (программа, данные, текст и т.п.), размещаемый во внешней памяти и рассматриваемый как неделимый объект при пересылках и обработке.

34 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Обобщенная структурная схема ЭВМ первых поколений, отвечающая программному принципу управления УВвОЗУУВыв АЛУ УУ ВЗУ Программы и исходные данные Результаты

35 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Структурная схема ПЭВМ

36 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Основные компоненты персонального компьютера: Системный блок – Материнская плата – Процессор – Оперативная память – Корпус с блоком питания Периферийные устройства (в том числе, клавиатура, мышь, монитор, принтер и т.д.)

37 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Децентрализация построения и управления Децентрализация построения и управления вызвала к жизни также элементы, которые являются общим стандартом структур современных ЭВМ: – модульность построения; – магистральность; – иерархия управления.

38 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Модульная конструкция ЭВМ – делает ее открытой системой, способной к адаптации и совершенствованию

39 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ 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.

40 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ В современных ЭВМ принцип децентрализации и параллельной работы распространен как на периферийные устройства, так и на сами ЭВМ (процессоры).

41 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Все существующие типы ЭВМ выпускаются семействами, в которых различают старшие и младшие модели. Информационная, аппаратная и программная совместимость

42 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Общие и специальные шины или магистрали для обмена информацией Стандартизация и унификация привели к появлению иерархии шин и к их специализации: – системная шина для взаимодействия основных устройств; – локальная шина для ускорения обмена видеоданными; – периферийная шина для подключения «медленных» периферийных устройств.

43 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Децентрализация управления предполагает иерархическую организацию структуры

44 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Иерархический принцип построения памяти ЭВМ: – сверхоперативное запоминающее устройство небольшой емкости – кэш-память или память блокнотного типа – кэш L1 (Е п = Кбайта с временем доступа такта процессора); – кэш L2 (Е п = Кбайт с временем доступа тактов) – кэш L3 (Е п =2 - 4 Мбайта с временем доступа тактов). – оперативное запоминающее устройство – постоянное запоминающее устройство – внешнее запоминающее устройство

45 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Децентрализация управления и структуры ЭВМ позволила перейти к более сложным многопрограммным (мультипрограммным) режимам.

46 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Признаки классической структуры ЭВМ (фон Неймана): – ядро ЭВМ образует процессор единственный вычислитель в структуре, дополненный каналами обмена информацией и памятью; – линейная организация ячеек всех видов памяти фиксированного размера; – одноуровневая адресация ячеек памяти, стирающая различия между всеми типами информации; – внутренний машинный язык низкого уровня, при котором команды содержат элементарные операции преобразования простых операндов; – последовательное централизованное управление вычислениями; – достаточно примитивные возможности устройств ввода-вывода.

47 Вычислительные системы сети и телекоммуникации Общие принципы построения ЭВМ Недостатки классической структуры ЭВМ (фон Неймана): – практически исчерпаны структурные методы повышения производительности ЭВМ; – плохо развиты средства обработки нечисловых данных (структуры, символы, предложения, графические образы, звук, очень большие массивы данных и др.); – несоответствие машинных операций операторам языков высокого уровня; – примитивная организация памяти ЭВМ; – низкая эффективность ЭВМ при решении задач, допускающих параллельную обработку, и т.п.