Структура ЭВМ

Под структурой ЭВМ понимается совокупность ее устройств и связей между ними.

При построении ЭВМ используется модульный принцип, согласно которому ЭВМ состоит из набора устройств и блоков-модулей. Каждый модуль реализует законченные функции и обладает свойством независимости от других модулей. Модули объединяются в необходимую конфигурацию ЭВМ. Соединение модулей производится с помощью шин (электрических цепей).

Совокупность шин, связывающих два модуля, и алгоритм, определяющий порядок обмена информацией между ними, называется интерфейсом.

Современные ЭВМ могут быть представлены двумя классами структур:

Структура ЭВМ на основе канала ввода – вывода.

В данной структуре к оперативной памяти подключен процессор и каналы ввода вывода. Периферийные устройства подключаются к интерфейсу ввода-вывода каждого из каналов.

При такой организации соединения в конфигурацию ЭВМ может включаться большое число периферийных устройств различного назначения. Каждый канал работает под управлением специального процессора и канальных программ. Включение каналов в структуру ЭВМ позволяет полностью освободить процессор от обслуживания операций обмена, что приводит к повышению производительности ЭВМ и возможности многопрограммного режима.

Рис. 2. структура ЭВМ на основе канала ввода –вывода

Структура ЭВМ на основе единого интерфейса.

Наиболее простой структурой является структура на основе единого интерфейса. Все устройства машины подключаются к единому интерфейсу (общей шине). При такой организации обмен данными между периферийными устройствами, минуя процессор и память, невозможен, при этом обмениваться информацией может только одна пара периферийных устройств. В итоге получается малопроизводительная ЭВМ.

Рис. 3. структура ЭВМ на основе единого интерфейса

1.3. Классификация ЭВМ

Многообразие характеристик ЭВМ поражает многообразием их классификаций. Мы рассмотрим только те классификации, которые будут актуальны для нас - пользователей персональных ЭВМ. Это классификация по принципу действия ЭВМ и по размерам.

По принципу действия ЭВМ, делятся на три большие класса:

· Аналоговые

· Цифровые

· Гибридные.

Критерием деления вычислительных машин на эти три класса является форма представления информации, с которой они работают.

Цифровые вычислительные машины (ЦВМ) – устройства дискретного действия, работающие с информацией, представленной в цифровой форме.

Аналоговые вычислительные машины (АВМ) – устройства, работающие с информацией, представленной в аналоговой форме, например, с информацией об изменении какой-либо физической величины – напряжения, сопротивления, объема и т.д.

АВМ весьма просты и удобны в эксплуатации, скорость выполнения решения задач может значительно превышать скорость ЦВМ. Однако применение АВМ ограничено из-за очень низкой точности вычислений. На АВМ целесообразно решать задачи, не требующие точной логики, например, дифференциальные уравнения.

Гибридные вычислительные машины (ГВМ) – вычислительные машины комбинированного действия и сочетают в себе преимущества цифровых и аналоговых ЭВМ.

Так как наибольшее применение получили ЦВМ – электронные цифровые вычислительные машины, практически всегда в названии не упоминается их цифровой характер работы, и называются они – ЭВМ.

По размерам все ЭВМ можно разделить на:

· Сверхбольшие

· Большие

· Малые

· Персональные

· Встраиваемые

Эти классы ЭВМ различаются по различным функциональным возможностям: программному обеспечению, пропускной способности устройств связи, подключению к каналам связи, технико-экономическим характеристикам и количеству устройств хранения и ввода-вывода информации, надежности, коэффициентом полезного использования и др.

Требуемое количество сверхбольших ЭВМ для отдельной развитой страны, такой, как Россия, должно составлять 100-200 шт., больших ЭВМ - тысячи, малых - десятки и сотни тысяч, персональных - миллионы, встраиваемых микроЭВМ - миллиарды.

ЭВМ различных классов образуют машинный парк страны, жизнедеятельность которого и его информационное насыщение определяют успехи развития информационного общества страны. Формирование сбалансированного машинного парка является сложной политической, экономической и социальной проблемой, решение которой требует многомиллиардных инвестиций. В связи с этим у нас в стране в 2002 году была принята федеральная целевая программа «Электронная Россия (2002-2010 годы)», утвержденная Постановлением Правительства РФ от 28.01.2002 № 65. Одной из задач целевой программы названо обеспечение общедоступности государственных информационных ресурсов, создание условий для эффективного взаимодействия между органами государственной власти и гражданами на основе использования информационных и коммуникационных технологий.

Сверхбольшие и большие ЭВМ (Mainframe) предназначены для решения научных задач, работы с большими базами данных, а также в качестве главных машин (серверов) вычислительной сети.

Родоначальником больших и сверхбольших ЭВМ является фирма IBM, выпустившая в конце 70-х гг. американские IBM360, IBM380, а затем в 90-х гг.IBM ES/9000 и японская М-1800. В СССР на основе IBM360 и IBM370 были разработаны ЕС ЭВМ. Последние отечественные разработки ЕС ЭВМ (ЕС1130, ЕС1170) значительно уступают аналогичным зарубежным.

Как долго будут эксплуатироваться большие и сверхбольшие ЭВМ, ведь даже персональные микро-ЭВМ иногда достигают характеристики больших ЭВМ? На этот вопрос однозначно можно ответить - «долго». По данным экспертов на майнфреймах в мире содержится около 70% информации. В России IBM ES/9000 установлены в нескольких банках, автозаводах, металлургических комбинатах. Новейшими майнфреймами можно считать: nCube (гиперкубическиеЭВМ), Connection Machine, KSR и др.

Некоторые научные задачи можно выполнить только на майнфреймах. Например, задачу по уточнению массы протона на основе квантовой хромодинамики на современном майнфрейме GF-11 с быстродействием 11 млрд. операций в секунду можно выполнить за 1,5 - 4 месяца. Решение же этой задачи на вычислительной технике классом ниже потребовало бы около 15 лет.

В настоящее время в мире эксплуатируется несколько тысяч сверхбольших ЭВМ, причем среди лучших из них можно отметить и российские суперкомпьютеры, причем не скопированные с зарубежных моделей. В России были выпущены оригинальные разработки ЕС1191.10, Эльбрус 3б. Однако производство этих машин затруднено по финансовым соображениям.

При разработке высокопроизводительной, высокопараллельной многопроцессорной супер-ЭВМ необходимо учитывать то, что скорость распространения электромагнитных волн имеет конечную величину и тем самым ограничивает распространение сигнала на расстояние до 1 см, при быстродействии свыше 100 млрд. операций в секунду, что делает невозможным применение обычного микропроцессора, размером в несколько сантиметров.

Мини-ЭВМ предназначены для работы в финансовых структурах (AS/400) ИЦ правоохранительных органов. Они ориентированы на использование в качестве управляющих вычислительных комплексов, а также в системах моделирования несложных объектов и системах искусственного интеллекта.

Родоначальником мини-ЭВМ считают компьютеры PDP-11 фирмы DEC, которые стали прообразом отечественных мини-ЭВМ СМ 1,2,3,4,1420 и др.

Встраиваемые микропроцессоры осуществляют автоматизацию управления отдельными устройствами и механизмами.

Персональный компьютер удовлетворяет требования общедоступности и универсальности применения. Характеристики и особенности персональных компьютеров мы рассмотрим в следующем параграфе.

Вопрос 2. Персональный компьютер

Дата добавления: 2014-01-15