Ответы к экзамену Традиционные принципы построения ЭВМ. Какие еще принципы построения ЭВМ вы знаете?




НазваниеОтветы к экзамену Традиционные принципы построения ЭВМ. Какие еще принципы построения ЭВМ вы знаете?
страница1/12
Дата22.09.2012
Размер1.47 Mb.
ТипОтветы к экзамену
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12
Ответы к экзамену

  1. Традиционные принципы построения ЭВМ. Какие еще принципы построения ЭВМ Вы знаете?

Основные из традиционных принципов построения ЭВМ, сформулированные фон Нейманом:

  1. Принцип использования двоичной системы счисления для представления данных и команд.

  2. Принцип программного управления.

    • Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определенной последовательности.

  3. Принцип однородности памяти.

    • Как программы (команды), так и данные хранятся в одной и той же памяти (и кодируются в одной и той же системе счисления — чаще всего двоичной). Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

  4. Принцип адресуемости памяти.

    • Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

  5. Принцип последовательного программного управления.

    • Все команды располагаются в памяти и выполняются последовательно, одна после завершения другой.

  6. Принцип условного перехода.

    • Сам принцип был сформулирован задолго до фон Неймана Адой Лавлейс и Чарльзом Бэббиджем, однако он добавлен в общую архитектуру. Kоманды из программы не всегда выполняются одна за другой. Возможно присутствие в программе команд условного перехода, которые меняют последовательное выполнение команд в зависимости от значений данных.

Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу фоннеймановских.

Другие принципы построения ЭВМ

Гарвардская архитектура — архитектура ЭВМ, отличительным признаком которой является раздельное хранение и обработка команд и данных. Архитектура была разработанаГовардом Эйкеном в конце 1930-х годов в Гарвардском университете.

Дж.Деннис в 1967г. сформулировал принципы построения потоковых ЭВМ – должны выполняться все команды, для которых есть данные, независимо от их места в программе; управление вычислительным процессом переходит от программы к данным.

В 1971-74 г.г. исследованы принципы создания машин, управляемых заданиями, в которых выполнение операций определяется потребностью в результате и единообразно хранятся любые объекты: данные, программы, файлы, массивы – редукционные ЭВМ.

  1. Основные характеристики вычислительной техники.

К основным характеристикам вычислительной техники относятся ее эксплуатационно-технические характеристики, такие, как быстродействие, емкость памяти,точность вычислений и др.

Быстродействие ЭВМ рассматривается в двух аспектах. С одной стороны, оно характеризуется количеством элементарных операций, выполняемых центральным процессором в секунду. Под элементарной операцией понимается любая простейшая операция типа сложения, пересылки, сравнения п т. д. С другой стороны, быстродействие ЭВМ существенно зависит от организации ее памяти. Время, затрачиваемое на поиск необходимой информации в памяти, заметно сказывается на быстродействии ЭВМ.

В зависимости от области применения выпускаются ЭВМ с быстродействием от нескольких сотен тысяч до миллиардов операций в секунду. Для решения сложных задач возможно объединение нескольких ЭВМ в единый вычислительный комплекс с требуемым суммарным быстродействием.

Наряду с быстродействием часто пользуются понятием производительность. Если первое обусловлено, главным образом, используемой в ЭВМ системой элементов, то второе связано с ее архитектурой и разновидностями решаемых задач. Даже для одной ЭВМ такая характеристика, как быстродействие, не является величиной постоянной. В связи с этим различают: пиковое быстродействие, определяемое тактовой частотой процессора без учета обращения к оперативной памяти; номинальное быстродействие, определяемое с учетом времени обращения к оперативной памяти; системное быстродействие, определяемое с учетом системных издержек на организацию вычислительного процесса; эксплуатационное, определяемое с учетом характера решаемых задач (состава операций или их «смеси»).

Емкость, или объем, памяти определяется максимальным количеством информации, которое можно разместить в памяти ЭВМ. Обычно емкость памяти измеряется в байтах. Как уже отмечалось, память ЭВМ подразделяется на внутреннюю и внешнюю. Внутренняя, или оперативная память, по своему объему у различных классов машин различна и определяется системой адресации ЭВМ. Емкость внешней памяти из-за блочной структуры и съемных конструкций накопителей практически неограничена.

Точность вычислений зависит от количества разрядов, используемых для представления одного числа. Современные ЭВМ комплектуются 32- или 64-разрядными микропроцессорами, что вполне достаточно для обеспечения высокой точности расчетов в самых разнообразных приложениях. Однако, если этого мало, можно использовать удвоенную или утроенную разрядную сетку.

Система команд — это перечень команд, которые способен выполнить процессор ЭВМ. Система команд устанавливает, какие конкретно операции может выполнять процессор, сколько операндов требуется указать в команде, какой вид (формат) должна иметь команда для ее распознания. Количество основных разновидностей команд невелико. С их помощью ЭВМ способны выполнять операции сложения, вычитания, умножения, деления, сравнения, записи в память, передачи числа из регистра в регистр, преобразования из одной системы счисления в другую и т. д. При необходимости выполняется модификация команд, учитывающая специфику вычислений. Обычно в ЭВМ используется от десятков до сотен команд (с учетом их модификации). На современном этапе развития вычислительной техники используются два основных подхода при формировании системы команд процессора. С одной стороны, это традиционный подход, связанный с разработкой процессоров с полным набором команд, — архитектура CISC (Complete Instruction Set Computer — компьютер с полным набором команд). С другой стороны, это реализация в ЭВМ сокращенного набора простейших, но часто употребляемых команд, что позволяет упростить аппаратные средства процессора и повысить его быстродействие — архитектура RISC (Reduced Instruction Set Computer — компьютер с сокращенным набором команд).

Стоимость ЭВМ зависит от множества факторов, в частности от быстродействия, емкости памяти, системы команд и т. д. Большое влияние на стоимость оказывает конкретная комплектация ЭВМ и, в первую очередь, внешние устройства, входящие в состав машины. Наконец, стоимость программного обеспечения ощутимо влияет на стоимость ЭВМ.

Надежность ЭВМ — это способность машины сохранять свои свойства при заданных условиях эксплуатации в течение определенного промежутка времени. Количественной оценкой надежности ЭВМ, содержащей элементы, отказ которых приводит к отказу всей машины, могут служить следующие показатели: 
• вероятность безотказной работы за определенное время при данных условиях эксплуатации; 
• наработка ЭВМ на отказ; 
• среднее время восстановления машины и др. 
Для более сложных структур типа вычислительного комплекса или системы понятие «отказ» не имеет смысла. В таких системах отказы отдельных элементов приводят к некоторому снижению эффективности функционирования, а не к полной потере работоспособности в целом.

Важное значение имеют и другие характеристики вычислительной техники, например: универсальность, программная совместимость, вес, габариты, энергопотребление и др. Они принимаются во внимание при оценивании конкретных сфер применения ЭВМ. 

  1. Классификация ЭВМ. По какому признаку выделяют поколения ЭВМ? К какому поколению относятся первые миниЭВМ? Какие существуют типы ЭВМ с точки зрения взаимодействия команд и данных?

Различают следующие классификации компьютерной техники:

  • по этапам развития (по поколениям);

  • по архитектуре;

  • по производительности;

  • по условиям эксплуатации;

  • по количеству процессоров;

  • по потребительским свойствам и т.д.

Одна из первых классификаций, ссылки на которую наиболее часто встречаются в литературе, была предложена М. Флинном в конце 60-х годов прошлого века. Она базируется на понятиях двух потоков: команд и данных. На основе числа этих потоков выделяется четыре класса архитектур:

  1. SISD (Single Instruction Single Data) - единственный поток команд и единственный поток данных. По сути дела это классическая машина фон Неймана. К этому классу относятся все однопроцессорные системы.

  2. SIMD (Single Instruction Multiple Data) - единственный поток команд и множественный поток данных. Типичными представителями являются матричные компьютеры, в которых все процессорные элементы выполняют одну и ту же программу, применяемую к своим (различным для каждого ПЭ) локальным данным. Некоторые авторы к этому классу относят и векторно-конвейерные компьютеры, если каждый элемент вектора рассматривать как отдельный элемент потока данных.



  1. MISD (Multiple Instruction Single Date) - множественный поток команд и единственный поток данных. М. Флинн не смог привести ни одного примера реально существующей системы, работающей на этом принципе. Некоторые авторы в качестве представителей такой архитектуры называют векторно-конвейерные компьютеры, однако такая точка зрения не получила широкой поддержки.



  1. MIMD (Multiple Instruction Multiple Date) - множественный поток команд и множественный поток данных. К этому классу относятся практически все современные многопроцессорные системы.



Один из способов классификации ЭВМ по степени их развития. Каждое “поколение ЭВМ” отличается от других архитектурой, элементной базой, степенью развитости программных средств, производительностью и другими показателями. Различают пять поколений ЭВМ:

  • ЭВМ первого поколения - использовали ламповую элементную базу, обладали малым быстродействием и объемом памяти, имели неразвитые операционные системы, программирование выполнялось на языках программирования низкого уровня (конец 40-х и 50-е гг.).

  • ЭВМ второго поколения - использовали полупроводниковую элементную базу, изменяемый состав внешних устройств, языки программирования высокого уровня и принцип библиотечных программ (конец 50-х, 60-е и начало 70-х гг.).

  • ЭВМ третьего поколения - использовали в качестве элементной базы интегральные схемы (ИС), имели развитую конфигурацию внешних устройств и стандартизированные средства сопряжения, обладали большим быстродействием и объемами основной и внешней памяти. Развитая операционная системаобеспечивала работу в т.н. “мультипрограммном” (т.е. с использованием многих программ) режиме (70-е, начало 80-х гг.).

  • ЭВМ четвертого поколения - используют большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС), виртуальную память, многопроцессорный с параллельным выполнением операций принцип построения, развитые средства диалога (середина 80-х гг. по настоящее время).

  • ЭВМ пятого поколения - характеризуются наряду с использованием более мощных СБИС применением принципа “управления потоками данных” (в отличие от принципа Джона фон Неймана “управления потоками команд”), новыми решениями в архитектуре вычислительной системы и использованием принциповискусственного интеллекта. С ЭВМ пятого поколения связывают наряду с другими особенностями возможность ввода данных и команд голосом. Начало разработки ЭВМ этого поколения можно отнести ко второй половине 80-х гг., внедрения первых образцов - к первой половине 90-х гг.

Одна из общепринятых классификаций ЭВМ приведена Б.С. Богумирским (по размеру):

  1. Большие ЭВМ (mainframe) IBM 360/370, ЕС ЭВМ, ES/9000, IBM S/390.

  2. Супер-ЭВМ (Cray J90, Convex C38XX, IBM SP2, SGI POWER CHALLENGE, системы MPP, Электроника СС-100, Эльбрус-3).

  3. Мини-ЭВМ (PDP-11, VAX, СМ ЭВМ).

  4. Микро-ЭВМ:

    • АРМ;

    • встроенные;

    • ПЭВМ.

С точки зрения взаимодействия команд и данных, интересна классификация ЭВМ по Флинну:

  1. ОКОД (SISD) - "одиночный поток команд, одиночный поток данных". Традиционная архитектура фон Неймана + КЭШ + память + конвейеризация.

  2. ОКМД (SIMD) - "одиночный поток команд, множественный поток данных".

  3. МКМД (MIMD) - "множественный поток команд, множественный поток данных", мультипроцессорные системы (несколько устройств управления и АЛУ).

По принципу действия. Критерием деления вычислительных машин здесь является форма представления информации, с которой они работают:

    1. Аналоговые (АВМ) - вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения). 
      Аналоговые вычислительные машины весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой (больше ,чем у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2-5%).На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.

    2. Цифровые (ЦВМ) - вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме.

    3. Гибридные (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. 
      Наиболее широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации - электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без упоминания об их цифровом характере.

По назначению

    1. универсальные (общего назначения) - предназначены для решения самых различных технических задач: экономических, математических, информационных и других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных. Они широко используются в вычислительных центрах коллективного пользования и в других мощных вычислительных комплексах.

    2. проблемно-ориентированные - служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам; они обладают ограниченными по сравнению с универсальными ЭВМ аппаратными и программными ресурсами. К проблемно-ориентированным ЭВМ можно отнести, в частности, всевозможные управляющие вычислительные комплексы

    3. специализированные - используются для решения узкого крута задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы. К специализированным ЭВМ можно отнести, например, программируемые микропроцессоры специального назначения; адаптеры и контроллеры, выполняющие логические функции управления отдельными несложными техническими устройствами, агрегатами и процессами; устройства согласования и сопряжения работы узлов вычислительных систем.




  1. Классификация вычислительных систем.

Термин вычислительная система появился в начале - середине 60-х гг. при появлении ЭВМ III поколения.

Под вычислительной системой (ВС) будем понимать совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенную для подготовки и решения задач пользователей.

Классификационный признак

Делятся на:

по назначению

универсальные и специализированные

по типу ВС

многомашинные и многопроцессорные

по типу ЭВМ или процессоров

однородные и неоднородные

по степени территориальной разобщенности

совмещенного (сосредоточенного) и распределенного (разобщенного) типов

по методам управления элементами ВС

централизованные, децентрализованные и со смешанным управлением

по принципу закрепления вычислительных функций за отдельными ЭВМ

системы с жестким и плавающим закреплением функций

по режиму работы

работающие в оперативном и неоперативном временных режимах
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

Похожие:

Ответы к экзамену Традиционные принципы построения ЭВМ. Какие еще принципы построения ЭВМ вы знаете? iconПрограмма состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определенной последовательности
Традиционные принципы построения ЭВМ. Какие еще принципы построения ЭВМ вы знаете?
Ответы к экзамену Традиционные принципы построения ЭВМ. Какие еще принципы построения ЭВМ вы знаете? iconПрограмма состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определенной последовательности
Традиционные принципы построения ЭВМ. Какие еще принципы построения ЭВМ вы знаете?
Ответы к экзамену Традиционные принципы построения ЭВМ. Какие еще принципы построения ЭВМ вы знаете? iconПрограмма состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определенной последовательности
Традиционные принципы построения ЭВМ. Какие еще принципы построения ЭВМ вы знаете?
Ответы к экзамену Традиционные принципы построения ЭВМ. Какие еще принципы построения ЭВМ вы знаете? iconВопросы 13 Лекция: Архитектура 32-битных микропроцессоров семейства Intel ia-32. Часть 1 13
В этой лекции кратко приведена история развития информатики, рассматриваются принципы построения, поколения и классификация ЭВМ и...
Ответы к экзамену Традиционные принципы построения ЭВМ. Какие еще принципы построения ЭВМ вы знаете? iconПринципы построения и архитектура ЭВМ
Эвм используются не только для выполнения сложных расчетов, но и в управлении производственными процессами, в образовании, здравоохранении,...
Ответы к экзамену Традиционные принципы построения ЭВМ. Какие еще принципы построения ЭВМ вы знаете? iconВопросы к экзамену по информатике (теоретическая часть)
Архитектура эвм: принцип построения, схема устройства, магистрально-модульный принцип построения
Ответы к экзамену Традиционные принципы построения ЭВМ. Какие еще принципы построения ЭВМ вы знаете? iconВопросы по дисциплине "Схемотехника эвм"
Активные фильтры Параметры. Основные принципы построения. Пример схемы фнч на операционном усилителе
Ответы к экзамену Традиционные принципы построения ЭВМ. Какие еще принципы построения ЭВМ вы знаете? iconРабочая программа дисциплины «Архитектура ЭВМ и систем» (наименование дисциплины) для специальности
Целью изучения дисциплины является приобретение студентами знаний о принципах построения современных эвм, комплексов и систем; основ...
Ответы к экзамену Традиционные принципы построения ЭВМ. Какие еще принципы построения ЭВМ вы знаете? iconВопросы к экзамену по курсу «Космическая навигация» для студентов группы кг-41
Принципы построения систем космической навигации. Спутниковые навигационные системы. Общие принципы функционирования глобальных спутниковых...
Ответы к экзамену Традиционные принципы построения ЭВМ. Какие еще принципы построения ЭВМ вы знаете? iconПрограмма учебной дисциплины «эвм и периферийные устройства»
Эвм, систем и их периферийных устройств, теоретических основ и практических навыков их анализа, проектирования и исследования, взаимодействия...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница