Структура и характеристики ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Электронная вычислительная машина это комплекс технических. - презентация

1 Структура и характеристики ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Электронная вычислительная машина это комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач пользователей. Структура совокупность элементов и их связей: структура технических средств, структура программных средств, структура аппаратно-программных средств. Архитектура ЭВМ это многоуровневая иерархия аппаратно-программных средств, из которых строится ЭВМ

2 Структура и характеристики ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 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)

3 Структура и характеристики ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Быстродействие число определенного типа команд, выполняемых ЭВМ за одну секунду. Производительность это объем работ (например, число стандартных программ), выполняемый ЭВМ в единицу времени

4 Структура и характеристики ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 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

5 Структура и характеристики ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 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

6 Структура и характеристики ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 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

7 Структура и характеристики ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Емкость запоминающих устройств количество структурных единиц информации, которые одновременно можно разместить в памяти

8 Структура и характеристики ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Бит одна двоичная цифра, наименьшая структурная единица информации 1 бит (binary digit – двоичное число) = 0 или 1, 1 байт = 8 бит, 1 килобайт (1К) = 2 13 бит = 2 10 байт, 1 мегабайт (1М) = 2 23 бит = 2 10 Кбайт = 2 20 байт, 1 гигабайт (1Г) = 2 33 бит = 2 10 Мбайт, 1 терабайт (1Т) = 2 43 бит = = 2 10 Гбайт, 1 петабайт (1П) = 2 53 бит, 1 эксабайт (1Э) = 2 63 бит.

9 Структура и характеристики ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Емкость оперативной памяти для ПЭВМ в 2004 году – Мб в 2006 году – Мб Емкость внешней памяти флоп (1.44Мб) винчестер (40Гб - 120Гб) CD (DVD) (600Мб - 18Гб)

10 Структура и характеристики ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Надежность это способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного времени (стандарт ISO /14-78 (Международная организация стандартов))

11 Структура и характеристики ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 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.

12 Структура и характеристики ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Достоверность свойство информации быть правильно воспринятой. Достоверность характеризуется вероятностью получения безошибочных результатов.

13 Общие принципы построения ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление В основе его лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений

14 Общие принципы построения ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Алгоритм конечный набор предписаний, определяющий решение задачи посредством конечного количества операций

15 Общие принципы построения ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Программа для ЭВМ упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке (стандарт ISO 2382/1-84 г.)

16 Общие принципы построения ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 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.

17 Общие принципы построения ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Фон-неймановская архитектура компьютеров содержит пять компонент: Арифметико-логическое устройство (АЛУ) Устройство управления Память Устройство ввода информации Устройство вывода информации (Подавляющее большинство современных компьютеров).

18 Общие принципы построения ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Операнды переменные, значения которых участвуют в операциях преобразования данных Список (массив) всех переменных (входных данных, промежуточных значений и результатов вычислений) неотъемлемый элемент любой программы

19 Общие принципы построения ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Для доступа к программам, командам и операндам используются их адреса. В качестве адресов выступают номера ячеек памяти ЭВМ, предназначенных для хранения объектов

20 Общие принципы построения ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Структурные единицы информации ЭВМ Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, представлена полем. Последовательность, состоящая из определенного, принятого для данной ЭВМ числа байтов, называется словом

21 Общие принципы построения ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Структурные единицы информации ЭВМ самая малая структурная единица бит последовательность битов поле поле 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) последовательность слов одинакового смысла массив 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.

22 Общие принципы построения ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Децентрализация построения и управления вызвала к жизни также элементы, которые являются общим стандартом структур современных ЭВМ: модульность построения магистральность иерархия управления

23 Общие принципы построения ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Модульная конструкция ЭВМ делает ее открытой системой, способной к адаптации и совершенствованию

24 Общие принципы построения ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 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

25 Общие принципы построения ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 В современных ЭВМ принцип децентрализации и параллельной работы распространен как на периферийные устройства, так и на сами ЭВМ (процессоры).

26 Общие принципы построения ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Все существующие типы ЭВМ выпускаются семействами, в которых различают старшие и младшие модели. Информационная, аппаратная и программная совместимость

27 Общие принципы построения ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 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

28 Общие принципы построения ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Децентрализация управления предполагает иерархическую организацию структуры

29 Общие принципы построения ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Иерархический принцип построения памяти ЭВМ: сверхоперативное запоминающее устройство небольшой емкости кэш-память или память блокнотного типа кэш L1 (Е п = Кбайта с временем доступа 1-2 такта процессора); кэш L2 (Е п = Кбайт с временем доступа 3-5 тактов) кэш L3 (Е п = 2-4 Мбайта с временем доступа 8-10 тактов). оперативное запоминающее устройство постоянное запоминающее устройство внешнее запоминающее устройство

30 Общие принципы построения ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Децентрализация управления и структуры ЭВМ позволила перейти к более сложным многопрограммным (мультипрограммным) режимам