Пропускная способность процессора и памяти

⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 9

Рост производительности ЭВМ проявляется в повышении скорости, которая достигается за счет использования более новых быстродействующих электронных схем, специальных архитектурных решений, к которым относятся: конвейерная и веерная обработка информации связанной с работой ОП. Быстродействие ОП также растет, однако это быстродействие все время отстает от быстродействия П, потому что одновременно происходит рост её объема, что делает более трудным уменьшение времени цикла работы ОП. Без согласования пропускных способностей П и ОП невозможно реализовать производительность соответствующую быстродействию П. Для решения указанных проблем используются следующие структурные решения:

1. конвейеризация процедур цикла выполнения команды. Принцип ак. Глушкова;

2. расслоение ОП путем многомодульного построения с веерной адресацией;

3. буферизация (использование более быстродействующей, чем ОП буферной памяти).

Эта буферная память является структурным элементом процессора и включается между П и ОП. Такая память является скрытой для пользователя (или кэш - память), к ней нет возможности обращения и её обнаружения. Но присутствие её позволяет повысить быстродействие системы в целом. При обращении П к ОП для считывания, в кэш – память передается блок информации из ОП, содержащий нужное слово. Происходит опережающая выборка, т.к. высока вероятность того, что ближайшее обращения будут происходить к словам этого же блока, уже находящихся в кэш. Это приводит к уменьшению среднего времени, которое затрачивается на выбор данных. Эффективность кэш – памяти зависит от её емкости, размера блока, соотношения времени считывания слова из кэш и блока из ОП проявляется в уменьшении среднего времени, которое затрачивается на выборку данных и определяется выражением:

, где t_кэш – время считывания слова из кэш; t_{оп.блок}– время считывания блока из ОП;

k_ср– среднее число обращений к кэш между двумя последовательными обращениями к ОП.

По способу запоминания новой информации выделяют:

q запоминание в кэш и ОП одновременно (всегда в ОП есть последняя копия хранящейся в кэш информации);

q запоминание только в кэш (копирование в ОП происходит только передачи к другим устройствам или вытеснении из кэш).

26. Организация систем вводавывода

В ЭВМ кроме П и памяти, которые образуют обрабатывающее ядро, содержится также разнообразные по выполняемым функциям и принципам действия ПУ, предназначенные для хранения значительных объемов информации (ВЗУ) и для осуществления функций ввода-вывода информации (УВВ). Передача информации из ПУ в ядро ЭВМ называется операцией ввода, а из ядра в ПУ – операцией вывода. Связь устройств между собой в ЭВМ осуществляется с помощью сопряжения, которое называется интерфейсом. Он представляет собой совокупность линий и шин, сигналов, электронных схем и алгоритмов (протоколов), предназначенных для осуществления обмена между устройствами. Характеристики интерфейсов в значительной степени влияют на производительность и надежность ЭВМ.

Проблемы построения систем ВВ:

обеспечение возможности реализации ЭВМ с переменным составом оборудования;

реализация параллельной работы П над программой и выполнение процедур ВВ;

стандартизация операций ВВ;

обеспечение автоматического распознавания и реакция ядра ЭВМ на ситуации в ПУ.

Пути решения проблем:

модульность;

унифицированные форматы данных для обмена, унифицированные форматы сообщений о состоянии внешнего устройства;

унифицированный интерфейс;

унифицированные, не зависящие от типа ПУ, форматы и набор команд П для операций ВВ.

Для обеспечения параллельной работы во времени ПУ с выполнением программы П, схемы управления ВВ отделяют от процессора и придают им автономность. Многие функции управления операциями ВВ не зависят от типа ПУ, являются общими. Другие, напротив – являются специфическими для данного типа устройств. В соответствии с этим выполнение общих функций возлагает на общие для групп периферийного оборудования унифицированные устройства (контроллеры и П каналов ВВ). А специфические функции на специализированные для данного типа ПУ, электронные блоки управления (адаптеры).

27. Структура систем вводавывода

В зависимости от типа ЭВМ, её назначения, принципы построения и структуры систем ВВ отличаются. Определяющими факторами являются разнообразие и число ПУ в составе ЭВМ, а также интенсивность обмена данными.

Основные принципы построения структур систем вода – вывода:

1. ЭВМ с общим интерфейсом (рис. 1);

2. ЭВМ со множеством интерфейсов и каналами ВВ.

Рис. 1

Эта структура состоит из общей шины, к которым подсоединены все устройства, в своей совокупности образующие ЭВМ.

28. Понятие интерфейса. Каналы вводавывода

Особенности систем ВВ с общим интерфейсом:

1. в каждый момент времени обмен осуществляется только между одной парой модулей (один из них П);

2. ряд ПУ подсоединяются к ОШ с помощью блоков управления ПУ (УПУ), которые осуществляет согласование форматов данных ПУ с форматом принятым для передачи по ОШ. Формат соответствует машинному слову П и ли ширине выборки ОП.

Шириной выборки можно назвать максимальный размер машинного слова, который можно извлечь. Этот способ обмена мало подходит для ПУ с поблочной передачей данных. Для этого необходимы контроллеры ПДП.

Структура систем ВВ с общей шиной имеет место в малых и микро ЭВМ, где ширина выборки 1-2 байта. При общем интерфейсе аппаратура управления ВВ рассредоточена по отдельным устройствам, и объем её зависит от числа ПУ. Достоинство: простота и гибкость при построении различных конфигураций. Недостаток: малая производительность и риск поломки ОШ, а, следовательно, и всей ЭВМ.

Структура систем ВВ с П ВВ (каналами ВВ).

Система на основе управления программно-управляемых П (каналов ВВ), наличие которых дает возможность освободить П от управления операциями ВВ. В ЭВМ с КВВ отсутствует однородность в структуре потоков и форматах обмена данными, что требует наличия нескольких специализированных интерфейсов. В соответствии с этим выделяют следующие типы - интерфейсы:

1. ОП;

2. процессор – консоль;

3. ВВ;

4. малые.

Все они характерны для ЭВМ с общим интерфейсом. Наиболее быстродействующим являются интерфейсы ОП и процессор – консоль. Информация здесь передается словами или словами двоичной длины (4-8 байт) в ОП, а через интерфейс ВВ побайтно или словами.

Основные параметры интерфейса:

1. пропускная способность – количество информации, передаваемой по каналу в единицу времени;

2. максимальная частота передачи информационных сигналов;

3. максимально допустимое расстояние между соединяемыми устройствами;

4. динамические параметры (время передачи отдельного слова или блока данных);

5. общее число линий в интерфейсе;

6. информационная ширина интерфейса.

Функции КВВ. При выборе функций возлагаемых на КВВ исходят из условия обеспечения реализации параллельной во времени работы П над программой с выполнением ПУ операций ВВ. для этого необходимо освободить процессор от операций управления обмена между ПУ и ОП, возложив это на каналы, управляемые канальными программами. При этом П должен лишь инициировать операции и указывать адрес начала программы канала для задаваемой операции ВВ.

ü задание размера массива данных и области памяти, участвующих в обмене;

ü формирование адресов последовательных ячеек ОП;

ü подсчет числа единиц данных прошедших через канал;

ü определение момента завершения передачи массива данных.

При этом канал должен осуществлять буферизацию и преобразование форматов передаваемых данных для согласования работы ОП и ПУ.

Дополнительные функции КВВ:

ü организация цепочки данных. Возможны случаи, когда массив информации, предназначенный для передачи, не располагается в ОП последовательно, а состоит из нескольких подмассивов, которые расположены в произвольных участках. Для исключения включения в программу П, для каждого подмассива – отдельные команы ВВ, канал должен допускать задание в канальной программе цепочки данных для передачи составного массива;

ü организация пропуска информации. Возможность задания в канальной программе пропуска информации в цепочке данных и реализации его без привлечения П;

ü организация цепочки операции. При обмене информацией между ОП и ПУ может оказаться, что должна выполняться определенная последовательность операций ВВ. При этом целесообразнее, чтобы при подобных последовательностях для каждой операции не требовалось участие П. Для этого КВВ должен обеспечивать задание цепочек операций в канальной программе;

ü блокировка контроля неправильной работы считываемого массива. При нарушении соответствия длины массива, считываемого или записываемого в результате операций ВВ, длине физической записи возникает сигнал прерывания;

ü формирование запросов прерывания от ВВ. канал должен извещать П об окончании каждой операции ВВ, а также об обнаружении ошибок. Должна также иметься возможность задания в программе канала прерывания на любом этапе операции ВВ, т.е. все выполненные операции ВВ, предшествующие в канальной программе этому запросу;

ü управляющая информация для операций ВВ. Управление ВВ с КВВ строится иерархически (1 уровень – П, 2 уровень – КВВ, 3 уровень - ПУ).

В управление ВВ используются коды состояния канала (слово состояние канала) и коды состояний ПУ (байт состояния). Программа канала представляет собой некоторую последовательность управляющих слов канала, обеспечивающие выполнение определенной операции ВВ. Канальные программы хранятся в ОП.

Основные типы и структура КВВ. В зависимости от соотношения быстродействия ОП и ПУ в каналах ВВ реализуются 2 режима работы:

1. монопольный (после становления связи между каналом и ПУ, ПУ занимает этот канал на все время, пока полностью не завершится инициируемая П канальная программа работы с данным ПУ);

2. разделенный во времени (несколько ПУ разделяют во времени КВВ, при этом каждый из параллельно работающих с данным каналом ПУ связывается с КВВ на короткое время, только после того, как ПУ подготовлено к приему/выдаче очередной порции информации; промежуток времени, в течение которого происходит передача, называется сеансом связи).

В зависимости от реализуемого режима работы различают мультиплексный канал и селекторный. Мультиплексный канал одновременно обслуживает несколько параллельно работающих ПУ, организуя попеременные сеансы связи, для обмена небольшими порциями информации. Он предназначен для работы со сравнительно медленными устройствами, способными ожидать обслуживания без потери информации. Структурная схема мультиплексного канала.

АС МПК делят на:

1. средства для обслуживания отдельных ПУ;

2. оборудование, являющееся общим для всех устройств.

Число подканалов определяет максимальное число одновременно работающих с данным каналом ПУ. Физически подканал реализуется в виде участка памяти, в котором хранятся параметры операций ВВ. В качестве памяти используются специальная память, встроенная в МПК, либо участок ОП ЭВМ.

Основные сокращения:

Аисп – исполнительный адрес команды;

Ак – адресный код;

АКК – адаптер канал – канал

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.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89