Неймановские принципы построения ЭВМ

Обобщенная структурная схема ЭВМ

Классификация ЭВМ

Современная классификация компьютеров, учитывающая их быстродействие и возможности, может быть представлена схематически (рис. 1).

Рис. 1. Классификация компьютеров

Персональные компьютеры используются в быту для решения задач в офисе, проведения игр, ориентированы на пользователя-непрофессионала. Средний пользователь персональным компьютером может работать сразу с несколькими прикладными пакетами, включая электронные таблицы, базы данных и высококачественную графику. Подразделяются на стационарные и портативные персональные компьютеры. Работают в сетях как рабочие станции и (или) серверы. Персональный компьютер – рабочая станция, выполняющая локальную обработку, использующая свои устройства, программы, данные, а также ресурсы сервера.

Существует несколько типов серверов разного назначения: файл-сервер, сервер базы данных, принт-сервер, вычислительный сервер, сервер приложений, телекоммуникационный сервер. Тип сервера определяется видом ресурса, которым он владеет (файловая система, база данных, принтеры, модемы, процессоры или прикладные пакеты программ).

X-терминалы занимают промежуточное положение между персональными компьютерами и рабочими станциями. Используются для обработки отображения, поступающего по каналам связи от сервера. Могут отображать на экране несколько приложений одновременно. Каждое приложение выполняется в своем окне. Пользователь может изменять размеры окон, их расположение и манипулировать ими.

Рабочие станции ориентированы на профессиональных пользователей. Очень сильны в научном, техническом и инженерном секторах. Это хорошо сбалансированные системы, характеризующиеся высоким быстродействием, большими объемами оперативной и внешней памяти, высокопроизводительными внутренними магистралями, высококачественной и быстродействующей графической подсистемой и разнообразными устройствами ввода (вывода). Обычно работают под управлением операционной системы UNIX.

Используются рабочие станции следующих видов:

· Sun Spark Station (процессорный комплекс для вычислительной обработки).

· Yamaha MOTIF XS7 (профессиональный синтезатор, синтезаторы серии Motif XS имеют полифонию 128 голосов, 16-частную мультитембральность, 2670 мультисемплов).

· Музыкальная рабочая станция TR из серии TRITON, базирующаяся на признанной технологии синтеза звука HI.

· ARBYTE® CADStation WS4XX (3D-моделирование изделий, работа со средними сборками объемом от 100 до 1 тыс. оригинальных изделий, проведение инженерных расчетов).

В настоящее время появилось понятие персональной рабочей станции, которое объединяет оба направления. Производят эти устройства фирмы Sun Microsystems и Hewlett Packard.

Кластерные архитектуры. Кластеризация – это реализация объединения машин, представляющегося единым целым для операционной системы, системного программного обеспечения, прикладных программ и пользователей. Машины, кластеризованные вместе, могут при отказе одного процессора очень быстро перераспределить работу на другие процессоры внутри кластера.

Эту архитектуру используют высокопроизводительные компьютеры и суперкомпьютеры.

Область применения кластерной архитектуры – приложения, связанные с обработкой транзакций, управлением базами данных и обслуживанием телекоммуникаций. Обеспечивают высокую производительность и продолжительное функционирование систем. Производительность достигается за счет применения параллельных масштабируемых архитектур. Продолжительное функционирование системы имеет три составляющие: надежность, готовность и удобство обслуживания.

Кластеры обладают двумя важными свойствами: высокой готовностью и высокой производительностью, работают с единой базой данных. Поставщики кластеров – фирмы DEC, Sun, Hewlett Packard, Compaq.

В практической деятельности используются следующие виды кластеров:

· Вычислительный кластер Нижегородского государственного университета (12 рабочих станций на базе процессора Intel R Pentium R IV 1,4 HHz, 12 двухпроцессорных серверов на основе процессора Intel R Pentium R III Xeon 933МНz, 2 четырехпроцессорных сервера на базе процессора Intel R Pentium R III Xeon 700 МНz, сетевое оборудование Intel R EtherExpress PRO/1000). Оборудование передано корпорацией Intel в 2001 г. Программное обеспечение предоставлено корпорацией Microsoft. Кластер Нижегородского государственного университета входит в десятку самых производительных систем России и является одним из самых мощных вычислительных комплексов, установленных в высших учебных заведениях Европы.

· Центр компьютерного моделирования НГУ (14 персональных компьютеров и сервер на основе процессора Intel R GX1 Pentium R III 450/100MHz). Оборудование предоставлено корпорацией Intel в рамках Академической программы в 1999 г. На момент передачи компьютерный класс такого типа являлся первым в странах Восточной Европы.

Высокопроизводительные компьютеры. Мейнфреймы – системы общего назначения, обеспечивающие непрерывный круглосуточный режим эксплуатации. Область применения – системы автоматизированного проектирования (САПР), системы управления крупными технологическими процессами, использующие кластерную архитектуру.

Основные поставщики мейнфреймов – фирмы IBM, Amdahl, ICL, Siemens Nixdorf и др.

Суперкомпьютеры применяются для моделирования метеорологических процессов при составлении прогнозов; моделирования ядерных, биологических, экологических и других процессов; обработки радиолокационных процессов; противоракетной обороны; обработки данных спутников; расчета траекторий летательных аппаратов и т. д. В основе суперкомпьютеров – параллельные вычисления, матрицы процессоров. Задачи моделирования хорошо распараллеливаются. Распараллеливание выполняется на 3 уровнях: 1-й – уровень задач, 2-й – уровень процессов операционных станций, 3-й – уровень физических процессов.

Любая ЭВМ состоит из определенного набора устройств (рис. 2).

Рис. 2. Структурная схема ЭВМ

Устройство управления выполняет две основные функции:

· управляет всеми остальными устройствами ЭВМ;

· выполняет программу, находящуюся в запоминающем устройстве.

Арифметическо-логическое устройство выполняет арифметические и логические операции из команд, обрабатываемых устройством управления.

Процессор – это арифметическо-логическое устройство плюс устройство управления. Таким образом, функции процессора – управление и обработка.

В запоминающем устройстве хранятся исходные данные, программа и полученные результаты.

С помощью устройства ввода пользователь вводит в запоминающее устройство исходные данные и программы. Устройство ввода – это клавиатура, дисковод, сканер, факс, мобильный телефон, кардридер, стриммер, световое перо.

С помощью устройства вывода пользователь получает из запоминающего устройства результаты обработки. К устройствам вывода относят принтер, дисковод, стриммер, монитор, кардридер, факс, плоттер.

Каждая ЭВМ строится по одному принципу, и вместе с тем, набор устройств любого компьютера не повторяет буквально перчисленные устройства.

В 30–40-е гг. прошлого века, когда назрела необходимость создания ЭВМ, американский ученый Джон фон Нейман сформулировал прниципы, в соответствии с которыми могла быть построена ЭВМ. Некоторые из этих принципов гласят:

· информация в запоминающем устройстве должна записываться и храниться в двоичной системе счисления;

· в запоминающем устройстве должны храниться не только числа, но и программа;

· запоминающее устройство должно состоять из отдельных элементов – ячеек, каждая ячейка должна иметь адрес и устройство управления, которое может обращаться к любой ячейке памяти независимо от состояния других ячеек, т. е. прямой доступ к памяти.

Отметим, что все эти принципы справедливы и в настоящее время.

Дата добавления: 2014-11-16