Четвертое поколение - сверхбольшие интегральные схемы (с 1980 гг.)

Появление персональных компьютеров доступных каждому. Высокое быстродействие. Низкая стоимость.

Архитектуры вычислительных систем сосредоточенной обработки информации. Архитектуры с фиксированным набором устройств

Цифровой логический уровень — уровень логических схем базовой системы элементов.

Микроархитектурный уровень — уровень организации обработки информации внутри функционального узла. Сюда относятся регистры различного назначения, устройство обработки поступающих команд, устройство преобразования данных, устройство управления.

Командный уровень — набор функциональных узлов и связи между ними, система команд и данных, передаваемых между устройствами.

Набор блоков, связей между ними, типов данных и операций каждого уровня называется архитектурой уровня.

Компьютерами с сосредоточенной обработкой называются такие вычислительные системы, у которых одно или несколько обрабатывающих устройств (процессоров) расположены компактно и используют для обмена информацией внутренние шины передачи данных.

Компьютеры с архитектурой закрытого типа эффективны при решении чисто вычислительных задач. Они плохо приспособлены для реализации компьютерных технологий, требующих подключения дополнительных внешних устройств и высокой скорости обмена с ними информацией.

Вычислительные системы с открытой архитектурой

Главным нововведением вычислительных систем с открытой архитектурой являлось подключение

всех устройств, независимо от их назначения, к общей шине передачи информации. Общее управление всей системой осуществляет центральный процессор. Он управляет общей шиной, выделяя время другим устройствам для обмена информацией. Запоминающее устройство хранит исполняемые программы и данные и согласовано уровнями своих сигналов с уровнями сигналов самой шины. Внешние устройства, уровни сигналов которых отличаются от уровней сигналов шины, подключаются к ней через специальное устройство — контроллер.

Основной недостаток: К общей шине подключены устройства с разными объемами и скоростью обмена, в связи с чем «медленные» устройства задерживали работу «быстрых». Дальнейшее повышение производительности компьютера было найдено во введении дополнительной локальной шины,

Современный компьютер имеет вид:

Центральный контроллер играет роль коммутатора, распределяющего потоки информации между процессором, памятью, устройством отображения и остальными узлами компьютера. Кроме этого в

состав микросхемы центрального контроллера включены устройства, которые поддерживают работу компьютера.

Функциональный контроллер — это СБИС, которая содержит контроллеры для подключения стандартных внешних устройств, таких как клавиатура, мышь, принтер, модем и т.д.

Архитектуры многопроцессорных вычислительных систем. Классификация компьютеров по сферам применения

Существует три основных подхода к построению архитектур таких компьютеров: многопроцессорные, магистральные и матричные архитектуры.

Архитектура простых многопроцессорных систем выполняется по схеме с общей шиной. Два или более процессоров и один или несколько модулей памяти размещены на общей шине. Каждый процессор, для обмена с памятью, проверяет, свободна ли шина, и, если она свободна, он занимает ее. Если шина занята, процессор ждет, пока она освободится. Один из процессоров выделяется для управления всей системой. Он распределяет задания на исполнение программ между процессорами и управляет работой общей шины. Периферийный процессор осуществляет обслуживание внешних

устройств при вводе и выводе информации из общей памяти.

Процессор магистральной системы имеет несколько функциональных обрабатывающих устройств, выполняющих арифметические и логические операции, и быструю регистровую память для хранения обрабатываемых данных. Данные, считанные из памяти, размещаются в регистрах и из них загружаются в обрабатывающие устройства. Результаты вычислений помещаются в регистры и используются как исходные данные для дальнейших вычислений.

В матричной вычислительной системе процессоры объединяются в матрицу процессорных элементов. Каждый процессорный элемент снабжен локальной памятью, хранящей обрабатываемые процессором данные, но при необходимости процессорный элемент может производить обмен со своими соседями или с общим запоминающим устройством. Обмен данными с периферийными устройствами выполняется через периферийный процессор, подключенный к общему запоминающему устройству.

По производительности компьютеры можно условно разбить на три класса: суперкомпьютеры; мэйнфреймы; микрокомпьютеры.

Суперкомпьютеры — компьютеры с производительностью свыше 100 млн операций в секунду. Применяются для решения таких задач, как моделирование физических процессов, гидрометеорология, космические исследования и других задач, которые требуют огромных объемов вычислений. Выполняются обычно по многопроцессорной архитектуре.

Мэйнфреймы — компьютеры с производительностью от 10 до 100 млн операций в секунду Они используются для решения таких задач, как хранение, поиск и обработка больших массивов данных,

построение трехмерной анимационной графики, создание рекламных роликов, выполняют роль узлов глобальной сети. Выполняются по многопроцессорной архитектуре с общей шиной и небольшим числом мощных процессоров.

Микрокомпьютеры — компактные компьютеры универсального назначения, в том числе и для бытовых целей, имеющие производительность до 10 млн. операций в секунду.

Делятся на стационарные (настольные) и переносные. Переносные компьютеры можно разделить на портативные (laptop), блокноты (notebook) и карманные (Palmtop).

Центральный процессор

Центральный процессор (ЦП) — функционально-законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное на одной или нескольких СБИС.

В современных персональных компьютерах разных фирм применяются процессоры двух основных

архитектур:

• полная система команд переменной длины — Complex Instruction Set Computer (CISC);

• сокращенный набор команд фиксированной длины — Reduced Instruction Set Computer (RISC).

Так CISC-процессоры имеют обширный набор команд (до 400), из которых программист может выбрать

команду, наиболее подходящую ему в данном случае. Недостатком этой архитектуры является то, что большой набор команд усложняет внутреннее устройство управления процессором, увеличивает время

исполнения команды на микропрограммном уровне. Команды имеют различную длину и время исполнения.

RISC-архитектура имеет ограниченный набор команд и каждая команда выполняется за один такт работы процессора. Небольшое число команд упрощает устройство управления процессора. К недостаткам RISC-архитектуры можно отнести то, что если требуемой команды в наборе нет, программист вынужден реализовать ее с помощью нескольких команд из имеющегося набора, увеличивая размер программного кода.

Частота, с которой осуществляется выборка микрокоманд, называется тактовой частотой процессора.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации.

Регистры общего назначения (РОН) используются для временного хранения операндов исполняемой команды и результатов вычислений, а также хранят адреса ячеек памяти или портов ввода-вывода для команд, обращающихся к памяти и внешним устройствам.

Оперативное запоминающее устройство. Внутренние шины передачи информации

Память, в которой хранятся исполняемые программы и данные, называется оперативным

запоминающим устройством (ОЗУ), или RAM (Random Access Memory) - памятью со свободным доступом. ОЗУ позволяет записывать и считывать информацию из ячейки, обращаясь к ней по ее номеру или адресу. В настоящее время стандартный размер ячейки ОЗУ равняется одному байту.

Информация в ОЗУ сохраняется все время, пока на схемы памяти подается питание, т.е. она является энергозависимой.

Существует два вида ОЗУ, отличающиеся техническими характеристиками: динамическое ОЗУ, или DRAM (Dynamic RAM), и статическое ОЗУ, или SRAM (Static RAM). Разряд динамического ОЗУ

построен на одном транзисторе и конденсаторе, наличие или отсутствие заряда на котором определяет значение, записанное в данном бите. Разряд статического ОЗУ представляет собой триггер на

четырех или шести транзисторах. Обычно, в качестве оперативной или видеопамяти используется динамическое ОЗУ. Статическое ОЗУ используется в качестве небольшой буферной сверхбыстродействующей памяти.

Ппамять, предназначенная для постоянного хранения таких программ, как тестирование и начальная загрузка компьютера, управление внешними устройствами называется постоянным запоминающим устройством (ПЗУ). Она является энергонезависимой. Делятся на

*ПЗУ, программируемые однократно.

* Перепрограммируемые ПЗУ (ППЗУ). Позволяют перепрограммировать их многократно.

Общая шина делится на три отдельные шины по типу передаваемой информации: шина адреса, шина данных, шина управления.

Тактовая частота шины — это частота, на которой работает контроллер шины при формировании

циклов передачи информации.

Шина адреса предназначена для передачи адреса ячейки памяти или порта ввода-вывода.

Шина данных предназначена для передачи команд и данных.

Шина управления включает в себя все линии, которые обеспечивают работу общей шины.

Внешние запоминающие устройства

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) обладают большим объемом сохраняемой информации и являются энергонезависимыми.

Накопители но магнитных дисках:

Информация на магнитные диски записывается и считывается магнитной головкой, которая перемещается радиально с фиксированным шагом, а сам диск при этом вращается вокруг своей оси. Головка считывает или записывает информацию, расположенную на концентрической окружности, которая называется дорожкой или треком. Физическая структура диска определяется количеством дорожек и числом секторов на каждой дорожке. Она задается при форматировании диска. Логическая структура определяется файловой системой, которая реализована на диске и зависит от операционной системы компьютера. Дисководы магнитных дисков делятся на дисководы для сменных носителей (дискет) и дисководы жестких дисков (винчестеры), которые устанавливаются в системном блоке компьютера.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 Следующая ⇒