Информационная модель ЭВМ

Основные понятия

ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ ЭВМ

Обработка информации и представление результатов обработки в удобном для человека виде производится с помощью вычислительных средств. Научно-технический прогресс привел к созданию разнообразных вычислительных средств: электронных вычислительных машин (ЭВМ), вычислительных систем (ВС), вычислительных сетей (ВСт). Они различаются структурной организацией и функциональными возможностями.

Дать определение такому явлению, как ЭВМ, представляется сложным. Достаточно сказать, что само по себе название ЭВМ, т.е. электронные вычислительные машины, не отражает полностью сущность концепции. Слово «электронные» подразумевало электронные лампы в качестве элементной базы, современные ЭВМ правильнее следовало бы называть микроэлектронными. Слово «вычислительный» подразумевает, что устройство предназначено для проведения вычислений, однако анализ программ показывает, что современные ЭВМ не более 10 - 15% времени тратят на чисто вычислительную работу — сложение, вычитание, умножение и т.д. Основное время затрачивается на выполнение операций пересылки данных, сравнения, ввода-вывода и т.д. То же самое относится и к англоязычному термину «компьютер», т.е. «вычислитель». К понятию ЭВМ можно подходить с нескольких точек зрения.

Представляется разумным определить ЭВМ с точки зрения ее функционирования. Целесообразно описать минимальный набор устройств, который входит в состав любой ЭВМ, и тем самым определить состав минимальной ЭВМ, а также сформулировать принципы работы отдельных блоков ЭВМ и принципы организации ЭВМ как системы, состоящей из взаимосвязанных функциональных блоков. Такое представление называют функциональной моделью ЭВМ.

Если же рассматривать ЭВМ как ядро некоторой информационно-вычислительной системы, может оказаться полезным показать информационную модель ЭВМ — определить ее в виде совокупности блоков переработки информации и множества информационных потоков между этими блоками.

Обработка чисел, символьной информации, логическая обработка, обработка сигналов — это все частные случаи общего понятия обработка информации. Для ЭВМ характерен признак: информация представляется с помощью двоичных целых чисел Существует три этапа обработки информации:

- хранение двоичной информации;

- передача от одного хранилища к другому;

- преобразование.

ЭВМ можно представить как совокупность N узлов (У), соединенных каналами связи, как показано на рисунке 3.1. Узлы соединяют в себе функции хранения и преобразования. По каналам связи передается информация от узла к узлу. Мы будем говорить о потоках информации в каналах связи. Некоторые узлы могут иметь специальную функцию ввода информации в систему и вывода из нее.

Показанная на рисунке 3.1 модель не имеет ограничений на связи между отдельными узлами. Реализовать такую систему весьма сложно. Реально существующие системы имеют ряд ограничений на связи и четкое функциональное назначение отдельных узлов Функции отдельного узла могут зависеть от его состояния. Состояние узла описывается значениями его внутренних полей (регистров), может определяться процессом его функционирования или задаваться извне. Состояние узла будем называть его режимом Физически режим может определяться значением регистра узла Тогда установить режим узла означает присвоить регистру определенное значение.

По каналам связи узлы могут обмениваться либо значащей информацией (сообщениями), либо управляющей. Под сообщениям будем понимать последовательности двоичных цифр, сохраняемые или обрабатываемые узлом. Управляющая информация определяет режимы узлов и каналов связи.

Информационная модель позволяет определить основные характеристики ЭВМ.

1) Узлы хранения имеют:

- вместимость – максимальную, среднюю или минимальную;

- скорость выборки;

- разрядность выборки.

2) Преобразующие узлы имеют скорость преобразования.

3) Каналы определяются:

- скоростью передачи информации (пропускная способность);

- разрядностью передачи.

Из множества возможных соединений отбираются несколько типовых схем, обеспечивающих простоту, возможность реконфигурации (расширения), надежность, стандартизацию и т.д. Можно отметить следующие схемы, показанные на рисунке 3.2:

- с шинной организацией;

- специализированные процессоры (каналы);

- схемы с коммутацией;

- архитектуры с распределенными функциями (распределенный интеллект);

- с конвейерной организацией.

Рассмотрим некоторые частные модели ЭВМ, имеющие широкое распространение или представляющие теоретический интерес.

Дата добавления: 2013-12-12