Архитектурные особенности организации ЭВМ различных классов

1. Архитектурные особенности организации ЭВМ различных классов

2.

Архитектура компьютера определяется структурой и
функциональными возможностями машины.
Основные функции определяют назначение ЭВМ:
обработка и хранение информации,
обмен информацией с внешними объектами.
Дополнительные функции повышают эффективность выполнения
основных функций: обеспечивают эффективные режимы ее работы,
диалог с пользователем, высокую надежность и др.
Функции ЭВМ реализуются с помощью ее компонентов:
аппаратных и программных средств.
Структура компьютера - это некоторая модель, устанавливающая
состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее
компонентов.

3.

В соответствии с наиболее известной классификацией архитектур ВС,
предложенной в 1966 году М.Флинном и базирующейся на понятии потока,
под которым понимается последовательность элементов, команд или данных,
обрабатываемая процессором, выделают четыре типа архитектур ВС: SISD,
MISD, SIMD, MIMD.

4.

SISD (single instruction, single data) - одиночный поток команд и одиночный
поток данных. К этому классу относятся, прежде всего, классические
последовательные машины, или иначе, машины фон-неймановского типа,
например, PDP-11 или VAX 11/780. В таких машинах есть только один поток
команд, все команды обрабатываются последовательно друг за другом и
каждая команда инициирует одну операцию с одним потоком данных. Не
имеет значения тот факт, что для увеличения скорости обработки команд и
скорости выполнения арифметических операций может применяться
конвейерная обработка. Сегодня многие на многих мейнфреймах
установлено несколько процессоров, но каждый из них исполняет никак не
связанные потоки инструкций. Таким образом, такие системы должны
рассматриваться как несколько SISD машин, работающих в различных
пространствах данных.

5.

SIMD (single instruction, multiple data) - одиночный поток команд и
множественный поток данных. В архитектурах подобного рода
сохраняется один поток команд, включающий, в отличие от
предыдущего класса, векторные команды. Это позволяет выполнять
одну арифметическую операцию сразу над многими данными элементами вектора. В таких системах обычно очень много модулей
обработки (от 1024 до 16384), которые и позволяют за одну инструкцию
обрабатывать несколько данных.

6.

MISD (multiple instruction, single data) - множественный поток команд и
одиночный поток данных. Определение подразумевает наличие в
архитектуре многих процессоров, обрабатывающих один и тот же
поток данных.

7.

MIMD(multiple instruction, multiple data) - множественный поток команд и
множественный поток данных. Этот класс предполагает, что в
вычислительной системе есть несколько устройств обработки команд,
объединенных в единый комплекс, каждое из которых работает со своим
потоком команд и данных. Основное отличие этих систем от
многопроцессорных SIMD-машин состоит в том, что инструкции и данные
связаны, потому что они относятся к одной и той же исполняемой задаче.

8.

9. Принципы функционирования ЭВМ Фон Неймана

1. Компьютер должен иметь следующие устройства:
• арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее
арифметические и логические операции (команды);
• устройство управления (УУ), которое организует процесс
выполнения программ (команд);
• запоминающее устройство (ЗУ), или память (П) для
хранения программ (команд) и данных;
• внешние устройства для ввода-вывода информации.

10.

2. Принцип программного управления:
программа состоит из набора команд, которые выполняются
процессором автоматически друг за другом в определенной
последовательности.
Выборка программы из памяти осуществляется с помощью
счетчика команд, регистра УУ, содержимое которого соответствует
адресу очередной выполняемой команды.
Счетчик команд служит для автоматической выборки программы из
последовательных ячеек памяти.

11.

3. Принцип однородности памяти: программы и данные
хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не
различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст
или команда. Над командами можно выполнять такие же действия,
как и над данными.
4. Принцип адресности: структурно основная память состоит из
перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент
времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность
давать имена областям памяти так, чтобы к запомненным в них
значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в
процессе выполнения программ с использованием присвоенных
имен.

12.

Классическая Фон-Неймановская структура ЭВМ:
- направление движения управляющих сигналов
- направление движения информации

13.

Вычислительная система (ВС) - это взаимосвязанная совокупность
аппаратных средств ВТ и программного обеспечения (ПО), предназначенная
для обработки информации.
Виды вычислительных систем:
однопрограммные и многопрограммные (классификация Флинна);
индивидуального и коллективного пользования;
с пакетной обработкой и разделением времени (в зависимости от
организации и обработки заданий);
однопроцессорные, многопроцессорные и многомашинные;
сосредоточенные, распределенные (вычислительные сети) и ВС с
теледоступом (в зависимости от территориального расположения);
работающие в режиме реального времени или нет;
универсальные, специализированные и проблемно-ориентированные (в
зависимости от назначения).

14.

Компоненты материнской платы ПК

15.

Материнская плата - сложная многослойная печатная плата, являющаяся
основой построения компьютера.
Основные характеристики материнских плат, подлежащие отслеживанию
(мониторингу) таковы:
• напряжение питания;
• скорость вращения вентиляторов охладителей;
• температура процессоров;
• температура внутри системного блока.

16.

Основные компоненты материнской платы:
Процессор (CPU) - основная микросхема, выполняющая большинство математических
и логических вычислений.
Оперативная память ОЗУ - набор микросхем предназначенный для временного
хранения данных, когда компьютер включен.
Чипсет - набор микросхем управляющий работой внутренних устройств и
определяющий основные функциональные возможности материнской платы.
Шины – наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между
внутренними устройствами компьютера.
BIOS - микросхема, предназначенная для хранения настроек даты, времени, а так же
настройки основных устройств.
Северный мост - это системный контроллер, являющийся одним из элементов чипсета
материнской платы, отвечающий за работу с оперативной памятью, видеоадаптером и
процессором. Одной из основных функций северного моста является обеспечение
взаимодействия системной платы и процессора, а также определение скорости
работы. Также северный мост обеспечивает связь всех вышеперечисленных устройств с
южным мостом.
Южный мост - это функциональный контроллер, известен как контроллер ввода-вывода.
Отвечает за так называемые "медленные" операции, к которым относится отработка
взаимодействия между интерфейсами IDE, SATA, USB, LAN, Embeded Audio и
северным мостом системы, который, в свою очередь, напрямую связан с процессором и
другими важными компонентами.