Кодирование информации. Принцип действия ЭВМ

Понятие АСОИУ

Под АСОИУ понимают кибернетическую человеко-машинную систему, основанную на комплексном использовании математических методов и технических средствах обработки информации для решения задач управления во всех сферах человеческой деятельности. Термин кибернетика произошел от греческого «кибернетос»-управляющий, рулевой.

Кодирование информации. Принцип действия ЭВМ

Способы кодирования числовой информации используемые в современных ЭВМ при хранении, передаче и выводе данных. При обозначении количественных характеристик объектов, явлений используются последовательности символов. Набор символов, правил счета и записи в виде последовательности символов из этого набора образуют систему счисления (СС). Набор символов СС называется алфавитом, а сами символы – цифрами. Различают позиционные (арабская, десятичная) и непозиционные (римская) СС. В первых вес цифры в записи числа зависит от её вида и позиции. Позиции в таких системах называют разрядами, которые нумеруются числами 0, 1, 2, …, крайняя левая позиция – старший разряд, крайняя правая – младший разряд числа. В непозиционных СС количественное значение цифры зависит только от её вида или взаимного расположения цифр. Число q равное количеству различных цифр в алфавите позиционной СС называется основанием СС (арабская q=10, ~называют десятичной). В общем виде число Nв позиционной СС с основанием q и алфавитом A может быть представлено в виде:

a₀, a_n_-1, a₁- цифры алфавита А, n, n-1, m - номер разряда.

Разряды с номерами большими или равными нулю образуют целую часть числа, с номерами меньше нуля – дробную (в записи числа такие разряды отделяются точкой или запятой). Если дробная часть отсутствует, точисло называют целым, в противном случае – число дробное.

В ЭВМ используется позиционная СС. Каждый разряд содержит одну из q цифр. Поэтому для представления чисел требуются устройства, имеющие q-устойчивых состояний. Наиболее просто с технической точки зрения реализуются устройства, имеющие два таких состояния (электронная схема, имеющая высокое или низкое напряжение на выходе, магнитный материал намагничен, либо размагничен и т.д.). Это и является причиной использования двоичной СС в ЭВМ. Алфавит такой системы счисления имеет две цифры (0 и 1). Кроме данной СС для ввода-вывода информации используются десятичные, восьмеричные и шестнадцатеричные СС. Запись чисел здесь значительно компактнее, но с технической точки зрения гораздо труднее создать устройство, имеющее 10 или 16 устойчивых состояний.

Принцип действия ЭВМ

ЭВМ – совокупность технических устройств, предназначенных для автоматизированной обработки дискретных сообщений по требуемому алгоритму. Идея автоматизации процесса обработки данных заложена в принципе действия ЭВМ.

АЛУ и УУ – образуют процессор (П). Любая ЭВМ содержит основные устройства: АЛУ, УУ, УВВ.

Память состоит из запоминающих устройств и предназначена для хранения алгоритма обработки данных и самих данных. Состоит из l ячеек, каждая из которых для запоминания одного двоичного числа заданной разрядности. Запись и чтение осуществляется только при указании места хранения. В современных ЭВМ память представлена сложной многоуровневой системой. Здесь определяют уровни: сверхоперативной памяти (СОЗУ), оперативной памяти (ОЗУ), буферной памяти (БЗУ), внешней памяти (ВЗУ). Основным запоминающим устройством памяти ЭВМ, предназначенной для хранения всей информации, непосредственно участвующей в вычислительном процессе, является ОЗУ.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) – выполняет арифметические и логические операции над поступающими в него двоичными кодами команд и данных.

Устройство управления (УУ) - под воздействием поступающих в него данных автоматически координирует работу всех устройств посредством своевременной выдачи на них управляющих сигналов. Предписывает АЛУ выполнение конкретной операции, управляет обменом между ЗУ и П, управляет работой УВВ.

Алгоритм – последовательность операций, выполнение которых над исходными данными приводит к конечному результату, решению. В памяти ЭВМ этот алгоритм хранится в виде двоичных многоразрядных чисел, машинных кодах команды. Программа – описание алгоритма в форме, воспринимаемой ЭВМ. Она состоит из отдельных команд, каждая из которых предписывает определенное действие и указывает над какими данными (операндами) эти действия производятся. Перед началом решения задачи в ЗУ через УВВ в кодированном виде записываются программа и данные, подлежащие обработке. В ходе вычислительного процесса при выполнении очередной команды из ЗУ считывается эта команда; по адресной части которой определяется местонахождение обрабатываемых данных, они извлекаются из ЗУ. П выполняет над ними указанную в коде операцию и записывает результат на хранение в ЗУ. Затем определяется местонахождение следующей команды и повторяется аналогичный цикл.

Структура ЭВМ с общей шиной

Структура мини и микро ЭВМ проще, чем ЭВМ общего назначения, что обусловлено использованием МП БИС, имеющие относительно малое количество выводов и осуществление обмена между модулями ЭВМ через многопроводные шины (магистрали) общего пользования. Все малые ЭВМ имеют магистрально – модульную организацию.

Система обмена данных малых ЭВМ через общую шину эффективна при сравнительно небольшом количестве ПУ.

Режимы работы ЭВМ

q однопрограммный;

q мультипрограммный;

q пакетной обработки;

q разделения во времени;

q диалоговый;

q в реальном масштабе времени.

Однопрограммный режим. В памяти машины присутствует только одна рабочая программа, которая, начав выполняться, завершается до конца.

Мультипрограммный режим. В памяти ЭВМ хранится несколько программ и выполнение одной из них может быть прервано при переходе к выполнению другой, с последующим возвратом. Это дает возможность уменьшить простои оборудования, повысить производительность, за счет увеличения числа решаемых одновременно задач.

Режим пакетной обработки. Для обеспечения мультипрограммной работы необходимо наличие нескольких задач ожидающих обработки. Для эффективной загрузки ЭВМ используется данный режим, когда задачи пользователя собираются в пакеты. Пакет состоит из заданий относящихся ко многим задачам, обработка которых требует не менее часа машинного времени.

Режим разделения времени. Он обеспечивает непосредственно одновременный доступ некоторому количеству абонентов, обычно с удаленных терминалов. ЭВМ предоставляет каждому активному терминалу квант времени, при этом у отдельных пользователей создается иллюзия непрерывного контакта с ЭВМ.

Диалоговый режим. (запрос - ответ). Режим взаимодействия человека с системой обработки информации, при котором человек и система обмениваются информацией в темпе, соизмеримым с темпом обработки информации человеком.

Режим реального времени. Обеспечивает взаимодействие системы с внешними, по отношению к ней, процессами в темпе, соизмеримым со скоростью протекания этих процессов.

Логические основы ЭВМ

В ЭВМ используются потенциальные и импульсные способы представления двоичных чисел электрическими сигналами. При первом из них (рис 1) цифре соответствует высокий Uв и низкий Uн уровни напряжения, которые сохраняются в течении всего времени )t представления двоичного числа. При импульсном способе представления информации (рис 2) единичные и нулевые значения переменной изображаются наличием или отсутствием импульса.

Рис.7.1 а) потенциальное и б)импульсное кодирование

С переменой кода происходит изменение уровня электрического сигнала в дискретные моменты времени. Временной интервал между этими моментами называется тактом. Для передачи двоичной кодовой информации в ЭВМ используется последовательный, параллельный и параллельно-последовательный способы. При последовательном способе передаваемое двоичное число передается по одному каналу связи – разряд за разрядом. При параллельном способе все разряды двоичного числа передаются по одной шине, причем каждый разряд по своему каналу. При смешанном способе число делится на группы (байты), разряды каждой группы передаются параллельно, а сами группы последовательно.

Устройство преобразующее дискретную информацию, в общем случае, имеет n кодов для входных сигналов и m выходов, с которых снимается выходной сигнал. Преобразование информации производится электрическими схемами двух видов:

· комбинационные;

· цифровые автоматы.

В комбинационных схемах совокупность выходных сигналов, т.е. выходное слово У в любой момент времени однозначно определяется входными сигналами, т.е. входным словом Х, поступающим на входы в этот же момент времени.

Реализуемые в этих схемах способы обработки информации называются комбинационными, т.к. результат обработки зависит от комбинации входных сигналов, вырабатывающихся сразу при подаче входной информации. Закон функционирования КС определен, если задано соответствие между её входными и выходными словами (в виде таблицы или в аналитическом виде с использованием булевых функций). Пусть переменные Х1, Х2…Хn, принимают только два значения – ноль и единица, тогда функция f(Х1, Х2…Хn) называется булевой функцией, если она принимает такие же значения.

В цифровых автоматах в отличие от КС результат преобразования информации зависит не только от значения сигнала на входах в данный момент времени, но и от последовательности предыдущих входов и выходов, т.е. внутренних состояний цифрового автомата, в связи с чем он должен содержать элементы памяти.

КС используется для построения шифраторов, дешифраторов, сумматоров, преобразователей кодов. Цифровые автоматы используются для построения регистров и счетчиков.

Узлы комбинационного типа

Ø Сумматор. В каждом I – том разряде одноразрядный сумматор должен формировать сумму S_i и перенос старшего разряда. Различают полусумматоры (HS), которые не учитывают сигнал переноса и полные сумматоры (SM), которые его учитывают.

S_i – выход; p_i – перенос; X_i – входные сигналы.

Различают сумматоры:

v по способу осуществления операции: последовательные и сдвигающие;

v по типу базовых элементов: комбинационные и накапливающие.

Ø Дешифратор. Узел ЭВМ, в котором любой комбинации входных сигналов соответствует наличие сигнала на одной, определенной шине на выходе. Максимально возможное количество шин дешифратора m = 2 ⁿ. Роль дешифратора состоит в преобразовании двоичных кодов (кода операции и кода адреса) в управляющие сигналы для различных устройств ЭВМ. Каждая команда имеет двоичный код, который поступает на входы дешифратора и на одном из выходов последнего вырабатывается сигнал.

Ø Шифратор. Узел ЭВМ преобразующий унитарный код в некоторый позиционный. Если выходной код двоичный, то и шифратор называется двоичным.

Ø Преобразователь кодов. Узел ЭВМ, на выходе которого, в зависимости от знака, может быть получено двоичное число, как в прямом, так и в обратном/дополнительных кодах. Если на вход поступает положительное число, то с выходов преобразователя снимаются прямые коды двоичных чисел и, наоборот.

Ø Мультиплексор. Схема осуществляющая передачу сигналов с одной из входных линий в выходную. Выбор входной линии (РОН) производится кодом, поступающим на его управляющие коды.

Узлы накапливающего типа

Ø
Элементарный цифровой автомат. Име6ет два устойчивых состояния: состояние триггера и значение хранимой двоичной информации определяется прямым (Q) и инверсным (Q_и) входными сигналами. Если Q=1, то триггер находится в единичном состоянии. Под влиянием входного сигнала триггер может скачкообразно переходить из одного состояния в другое, при этом скачкообразно изменяется уровень напряжения его выходного сигнала.

Ø Классификация триггеров:

- по способу организации логических связей, определяющих особенности функционирования (RS, D, T, JK);

- по способу записи информации (синхронные и асинхронные).

Если хотя бы по одному входу информация в триггер заносится принудительно, под воздействием синхронизирующего сигнала, то такой триггер называется синхронным, если нет - асинхронным.

Ø Регистры. Строятся на основе триггеров. Это узлы ЭВМ, служащие для хранения информации в виде машинных слов или его частей, а также для выполнения над словами некоторых логических преобразований. Регистр представляет собой совокупность триггеров, число которых соответствует числу разрядов в слове. Различают, в зависимости от способа представления информации, параллельные (регистры памяти) и последовательные (сдвигающие) регистры. Параллельные применяются для ввода, хранения и вывода двоичной информации в параллельном коде. Сдвигающие/последовательные регистры выполняют сдвиг двоичной информации вправо/влево по регистру в зависимости от управляющего сигнала.

Ø Счетчик. Узел, осуществляющий счет и хранение кода числа, подсчитанных сигналов. Их делят на:

- суммирующие;

- вычитающие;

- реверсивные.

Формат и структура команд.

Формат и структура команд. ЭВМ работает под управлением программы, реализуемой в виде последовательности машинных команд алгоритма решения задачи. Под командой понимают совокупность информации (в виде двоичных кодов), занимающие определенные места в команде (поля) и необходимые П для выполнения требуемых действий. Это сведения о типе операций и адресной информации об операндах, месте хранения результата. Команда – код, определяющий операцию и данные в ней участвующие. Формат команды – оговоренная структура полей, её кода. В общем случае она состоит из операционной и адресной части. В первой из этих частей содержится код операции, вторая – задает вид операции.

[ Код операции, А1, А2, А3, А4 ]

А1 – адрес первого операнда, А2 – адрес второго операнда, А3 – адрес хранения результата, А4 – адрес следующей команды.

Структура команды определяется составом, назначением и расположением полей в команде. По числу адресов команды делят на трех-, двух-, одно- и безадресные. Число двоичных разрядов, отводимых под код операции, должно быть таким, чтобы можно было представить все выполняемые машиной операции. Число команд теоретически не ограничено, практически их число невелико: примерно около 200-250 команд

. N – число команд, которое м.б. реализовано, nоп – код операции.

Совокупность всех выполняемых Процессором команд, называется системой команд. Она должна быть полной, т.е. содержать все команды необходимые для реализации выполнения заданного алгоритма в машинных кодах.

Команды подразделяются на группы:

1. обработки данных;

2. перемещения/пересылки данных;

3. передачи управления;

4. дополнительные

5. прочие

Для упрощения аппаратуры и повышения быстродействия длина формата команды должна быть согласована с выбираемой, исходя из требований точности измерений, с длиной обрабатываемых машинных слов, составляющих обычно 16-32-64 бита. Формат команды должен быть короче и укладываться в машинное слово или полуслово.

Способы адресации ЭВМ

Существует два принципа поиска операндов в ЗУ: ассоциативный и адресный.

Ассоциативный поиск – поиск по содержанию – просмотр содержимого всех ячеек для выявления кодов содержащих заданной командой ассоциативных признаков. Эти коды выбираются в качестве искомых операндов.

Адресный поиск – искомый операнд извлекается из ячейки памяти, номер которой формируется на основе информации в адресном поле команд.

Исполнительный адрес Аисп – двоичный номер ячейки памяти, которая является источником или приемником операнда. Этот код направляется в регистр адреса памяти и по нему происходит фактическое обращение к указанной ячейке.

Адресный код команды – информация об адресе операнда, содержится в адресном поле команды. Как правило, адресный и исполнительный коды не совпадают.

Способ адресации – способ формирования Аисп из адресного кода. Одни из способов позволяют увеличивать объем адресуемой памяти без удлинения команды, другие ускоряют операции над массивами, упрощают работу с подпрограммами. Для указанного способа адресации в некоторых системах команд выделяют специальное поле – указатель адресации.

[КОП, Ак ]

[КОП, УА, Ак]

Классификация способов адресации:

ü Явная и неявная. Явная адресация – в команде присутствует Ак. Неявная адресация – Ак отсутствует. Применяется при стековой адресации.

ü Непосредственная, прямая и косвенная. Прямой называется такая адресация, при которой Ак совпадает с Аисп. Недостатком способа является – нерациональное использование памяти, т.к. при большом объеме адресного поля требуется длинное адресное поле команды. Достоинство состоит в том, что обеспечивается простота программирования. Непосредственная адресация – в адресном поле команды располагается операнд. В этом случае не производится обращение к памяти и время выполнения сокращается. Способ используется для задания констант длиной меньше адресного поля команды. Косвенная адресация – Ак команды указывает адрес ячейки памяти, в которой находится адрес операнда. Адрес указателя может быть неизменным, а косвенный адрес может меняться, что упрощает обработку массивов и списковых структур данных, упрощает передачу параметров в подпрограмму. Используется в ЭВМ с коротким машинным словом.

ü Абсолютная и относительная. Абсолютная адресация – преобразование кода адреса (Аисп) не производится. Относительный способ адресации – код адреса ячейки памяти образуется из нескольких составляющих (кода базы, кода индекса, кода смещения). Схемы формирования относительных адресов способами суммирования (рис. 14.1), совмещения (рис. 14.2), при индексной адресации и базировании (рис. 3).

Относительная адресация. Адрес указывается не абсолютно, а относительно некоторого числа записанного в специальном регистре – регистре базового адреса или просто базе, само число при этом называется базовым. Для хранения базового адреса в ЭВМ может быть предусмотрены специальные регистры или специально выделенные ячейки памяти. Относительная адресация позволяет при меньшей длине адресного кода получить доступ к любой ячейке. С помощью такого метода адресации удается получить перемещаемый программный модуль, который одинаково выполняется П независимо от адресов, в которых он расположен. Индексная адресация эффективна

для организации однотипных операций над элементами массива. Применяется в мини и ПЭВМ, является сочетанием косвенной и индексной адресации, содержание РегП увеличивается/уменьшается до и после выполнения операции с О на постоянную величину. При небольших аппаратных затратах этот способ высоко эффективен при обработке массивов.

Стековая адресация. Стек реализуется аппаратно или программно. При первом способе реализации стека он представляет собой группу последовательных регистров или ячеек памяти. Для чтения и записи доступен один регистр – вершина стека. Стек реализует правило: «последний пришел, первый обслуживается». Практическая реализация производится на основе обычной памяти с использованием указателя стека и автоиндексной адресации. Записи в стек производятся с увеличением индекса на единицу, а считывание с уменьшением. В отладочном устройстве «Электроника - 580» - наоборот, используется перевернутый стек.

Дисциплина обслуживания

Дисциплина обслуживания. Различают виды:

1.программный (циклический опрос входов системы, приоритет запросов соответствует расположению этого запроса в регистре флагов);

2.аппаратный (основан на схемах жесткой логики);

3.векторный (используются либо регистр масок, либо специальные регистры типа дескрипторных, в которой хранится начальный адрес прерывающей программы).

Если запрос окажется необслужанным к моменту прихода нового запроса от того же источника, то возникает насыщение системы. В этом случае ЗНП от указанного источника будет утерян, что недопустимо. Поэтому при конструировании машин быстродействие, характеристики системы прерываний, число источников прерывания и частота возникновения запросов должны быть взаимно согласованы таким образом, чтобы не произошло насыщения системы. Большей частью в ЭВМ прерывания допускаются после окончания любой текущей программы, время реакции системы характеризуется длительностью выполнения соответствующей команды. Однако, для ЭВМ предназначенной для работы в реальном масштабе времени это время реакции может оказаться большим, потому для такой ЭВМ реакции прерывания осуществляются после любого такта выполнения команд. При этом возрастает количество информации, которое необходимо при запоминании и восстановлении, и при переключении программ для прерываемой и прерывающей программ. В этом случае необходимо запомнить также состояние на уровне микроопераций в момент прерывания (счетчика тактов, регистра кода операции и т.д.). Предложенная система реализации прерываний возможна только в ЭВМ с быстродействующими СОЗУ. В вычислительных машинах число различных ЗНП может достигать нескольких десятков. Запросы, в этом случае, разбивают на отдельные классы/уровни.

Схема распознавания классов прерывания

Запросы всех источников прерывания поступают на регистр ЗНП, устанавливающий соответствующие его разряды/флажки в единичное состояние, определяя т.о. наличие запроса прерывания от соответствующего источника. Запросы: ЗПК 1, ЗПК i, ЗПК k - формируются логическим элементом ИЛИ объединяющим разряды регистра запросов, который характеризует соответствующие классы прерывания. Общая схема ИЛИ объединяет запросы классов и формирует ОСП, который поступает в УУ. Информация о действительной системе прерывания, породившая запрос данного класса содержится в коде прерывания, который отражает состояние разрядов регистра запросов, относящихся к данному классу прерываний. После принятия запросов и передачу управления прерывающей программе соответствующий триггер РГЗП сбрасывается.

Объединение запросов в классы позволяет уменьшить количество АС, но уменьшает быстродействие работы системы прерываний.

Память ЭВМ

Память - совокупность устройств, служащих для фиксации хранения и выдачи информации. Отдельные устройства этой совокупности называются запоминающими устройствами или памятью определенного типа. Термин ЗУ упоминается, если речь идет о принципе построения некоторого устройства, термин память – если необходимо подчеркнуть логическую функцию, выполняемую устройством, или место расположения в составе ЭВМ. Процесс фиксации ЗУ – запись, процесс выдачи – считывание. Запись и чтение есть основные операции в ЗУ и определяются как обращение при записи обращение при чтении. При обращении к памяти осуществляется запись некоторой величины данных (байт, слово, блок данных).

Характеристики ЗУ:

емкость памяти (мак. количество хранимых в ней данных);

удельная емкость (отношение емкости к физическому размеру);

быстродействие. Быстродействие памяти определяется продолжительностью операции обращения, т.е. временем необходимым для поиска места хранения нужной информации в памяти или места последующей записи. В некоторых устройствах памяти считывание сопровождается стиранием и в этом случае цикл обращения содержит операцию восстановления считанной информации.

Время обращения к памяти при чтении определяется выражением:

= время доступа при чтении – время от начала момента чтения до возможности обращения к данной единице информации.

= время физического процесса чтения.

= время регенерации утраченной информации.

Время обращения к памяти при записи определяется выражением:

= время на приведение в исходное состояние запоминающего элемента.

= время внесения информации в ЗЭ.

Стековая память. ПЗУ

Стековая память реализует безадресное задание оператора и является эффективным элементом архитектуры. В такой памяти ячейки образуют одномерный массив, в котором соседние ячейки связаны разрядными цепями передачи слов. Запись нового слова производится в верхние ячейки, при этом все ранее записанные слова сдвигаются вниз в соседние ячейки с большим номерами. Считывание и запись возможны только из верхней ячейки, причем считывание сопровождается удалением. Считывание элементов производится с уменьшением индекса. Стек реализует правило «последний пришел, первым обслуживается». Иногда стековая память снабжается счетчиком, показывающим количество записанных слов. Чаще всего такая память организуется с использованием адресной памяти. Счетчик стека отсутствует, т.к. используется указатель стека. Постоянно запоминающее устройство. В рабочем режиме допускает только считывание хранимой информации. В зависимости от типа ПЗУ, занесение информации в него производится или в процессе изготовления, или в эксплуатационных условиях (путем программ настройки). Во втором случае такие ПЗУ называют программируемыми. ПЗУ строят как адресное ЗУ. Функционирование можно рассматривать как выполнение однозначного преобразования k – разрядного адреса ячейки ЗМ в n – разрядный код хранящейся в ней информации. В соответствии со схемой функционирования ПЗУ можно считать преобразователем кодов или комбинационной схемой.

По сравнению с ОЗУ конструкция ПЗУ проще, выше быстродействие и надежней, стоимость ниже. В ПЗУ хранятся микропрограммы, программы запуска, тестирования и т.д. ЗМ образуется системой взаимно перпендикулярных линий, в пересечении которых устанавливаются ЗЭ, которые либо связывают (состояние единицы), либо не связывают (состояние нуля) между собой соответствующие адресные и разрядные линии. Дешифратор по коду адреса в РгА выбирает одну из адресных линий, в который подается сигнал выборки. Сигнал «1» появляется на тех вертикальных линиях, которые имеют связь с возбужденной адресной линией, при этом происходит считывание кода в РгИ. В зависимости от связывающих элементов выделяют следующие виды ПЗУ:

1. резисторные;

2. емкостные;

3. индуктивные;

4. полупроводниковые.

Наибольшее распространение получили последние. Достоинством полупроводниковых ПЗУ в том, что имеется возможность программирования их в условиях эксплуатации и многократного перепрограммирования. ПЗУ является энергонезависимой.

По типу ЗЭ принято выделять ПЗУ:

1. биполярные (время выборки ~30нсек., емкость одного кристалла~16кбит);

2. МОП схемы.

По способу занесения информации ПЗУ бывает:

1. с программируемым в процессе изготовления путем нанесения при помощи фотошаблонов контактных перемычек;

2. с программированием путем выжигания перемычек или пробоем p-n переходов (возможно выполнение пользователем);

3. с электрическим программированием, при котором информация заносится в ЗЭ электрическим путем, а её стирание воздействием на ЗЭ ультрафиолетового излучения. Допускается многократное программирование.

Рассмотрим ПЗУ, которая представлена биполярным транзисторным ЗЭ с выжигаемой перемычкой, которая соединяет адресные и разрядные линии.

На базу транзистора поступает сигнал, который открывает Т и при наличии перемычки на разрядной линии У передается потенциал коллектора 5В.

Вычислительные системы.

Вычислительная система (ВС) - это взаимосвязанная совокупность аппаратных средств вычислительной техники и программного обеспечения, предназначенная для обработки информации.

Иногда под ВС понимают совокупность технических средств ЭВМ, в которую входит не менее двух процессоров, связанных общностью управления и использования общесистемных ресурсов (память, периферийные устройства, программное обеспечение и т.п.).

Вычислительная система (ВС) - совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенная для сбора, хранения, обработки и распределения информации.

Создание ВС преследует следующие основные цели:

· повышение производительности системы за счет ускорения процессов обработки данных;

· повышение надежности и достоверности вычислений;

· предоставление пользователям дополнительных сервисных услуг и т.д.

отличительной особенностью ВС по отношению к классическим ЭВМ является наличие в ней нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку.

Параллелизм выполнения операций существенно повышает быстродействие системы; он может также значительно повысить и надежность (при отказе одного компонента системы его функции может взять на себя другой), и достоверность функционирования системы, если операции будут дублироваться, а результаты их выполнения сравниваться.

Параллелизм в вычислениях в значительной степени усложняет управление вычислительным процессом, использование технических и программных ресурсов. Эти функции выполняет операционная система ВС.

Несмотря на то, что классическим является многомашинный вариант ВС, в ВС может быть только один компьютер, но агрегированный с многофункциональным периферийным оборудованием (стоимость периферийного оборудования часто во много раз превосходит стоимость центральных устройств компьютера). В компьютере может быть как несколько процессоров (тогда имеет место также классический многопроцессорный вариант ВС), так и один процессор (если не брать в расчет специализированные процессоры, входящие в состав периферийных устройств).

В многомашинной вычислительной системе несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеет общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную). Каждый компьютер в многомашинной системе имеет классическую архитектуру, и такая система применяется достаточно широко. Однако эффект от применения такой вычислительной системы может быть получен только при решении задач, имеющих очень специальную структуру: она должна разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько компьютеров в системе.

Вычислительные сети

Вычислительная сеть - это совокупность компьютеров, соединенных между собой с помощью каналов связи в единую систему и использующих общие ресурсы.

В зависимости от средств связи и по территориальному признаку компьютерные сети делятся на:

- локальные

- региональные

- глобальные.

По способу доступа к информации сети бывают:

- открытые (общедоступные)

- закрытые (корпоративные).

Вычислительная сеть - ВС [network] – это совокупность ЭВМ, объединённых средствами передачи данных. Средства передачи данных в ВС в общем случае состоят из следующих элементов: связных ЭВМ, каналов связи (спутниковых, телефонных, волоконно-оптических и др.), коммутирующей аппаратуры и др.

В зависимости от удалённости ЭВМ, входящих в ВС, сети условно разделяют на локальные и глобальные.

Локальная сеть - ЛВС [local area network - LAN] – это группа связанных друг с другом ЭВМ, расположенных в ограниченной территории, например, в здании. Расстояния между ЭВМ в локальной сети может достигать нескольких километров. Локальные сети развёртываются обычно в рамках некоторой организации, поэтому их называют также корпоративными сетями.

Если сеть выходит за пределы здания, то такая ВС называется глобальной [wide area network -WAN]. Глобальная сеть может включать в себя другие глобальные сети, локальные сети и отдельные ЭВМ.

Глобальные сети практически имеют те же возможности, что и локальные. Но они расширяют область их действия. Польза от применения глобальных сетей ограничена в первую очередь скоростью работы: глобальные сети работают с меньшей скоростью, чем локальные.

Сети предназначены для выполнения многих задач, в том числе:

организация совместного использования файлов для повышения целостности информации;

организация совместного использования периферийных устройств, например, принтеров, для уменьшения общих расходов на оборудование офиса;

обеспечения централизованного хранения данных для облегчения их защиты и архивирования.

Глобальные сети придают всему этому большие масштабы и добавляют такую удобную вещь, как электронная почта.

Архитектура локальной сети

Для характеристики архитектура сети используют понятия логической и физической топологии.

Физическая топология [physical topology] – это физическая структура сети, способ физического соединения всех аппаратных компонентов сети. Существует несколько видов физической топологии.

Наиболее простой является физическая шинная топология [bus topology], в которой кабель идёт от ЭВМ к ЭВМ, связывая их в цепочку. Различают толстые и тонкие сети. Толстая сеть [thicknet] использует толстый коаксиальный кабель в качестве магистрали, от которого отходят более тонкие кабели.

В тонкой сети [thinnet] используется более тонкий и гибкий кабель, к которому напрямую подключены рабочий станции.

Сети, построенные по шинной топологии, более дёшевы. Однако если узлы сети расположены по всему зданию, то гораздо более удобным оказывается использование звездообразной топологии.

При физической звездообразной топологии [star topology] каждый сервер и рабочая станция подключаются к специальному устройству – центральному концентратору [hub], который осуществляет соединение пары узлов сети – коммутацию.

Понятие АСОИУ

Кодирование информации. Принцип действия ЭВМ

12 3 4 5 6 7 8 9 Следующая ⇒