Архитектуры вычислительных систем

Классификация ТС САПР по структурному признаку

Группа ТС оргтехники и оформления документации

Группа ТС архива проектных решений

Группы ТС отображения и документирования данных

Группа ТС программной обработки данных

Группа ТС передачи данных

ТС подготовки и ввода данных должны обеспечивать кодирование информации, нанесение данных на машинные носители и визуальный контроль и редактирование данных.

Устройства:

· подготовки данных (на носителях информации);

· ввода данных;

· вывода графической информации (мониторы, принтеры)

Назначение: обеспечение дистанционной связи средств САПР по каналам связи.

Обеспечивают: передачу данных между удаленными компонентами САПР по различным каналам связи.

Устройства: модемы, сетевые адаптеры, коммутаторы, маршрутизаторы, устройства беспроводной передачи данных.

Назначение: обеспечение приема данных, их программной обработки, накопления и вывода на носители информации, устройства отображения и каналы связи.

Обеспечивают: разработку и эксплуатацию программного обеспечения САПР.

Устройства: компьютеры общего и специального назначения.

Назначение: оперативное представление проектных решений и запрашиваемых данных, вывода проектной документации.

Обеспечивают: выпуск документов на печатающих и графических устройствах.

Выделяют следующие типы устройств:

· визуального отображения информации (мониторы, мультимедиа-проекторы);

· вывода на носители информации (магнитные, лазерные диски, флэш-носители и др);

· устройства печати;

· вывода информации на микрофильмы и микрофиши, вывода специального назначения (фотонаборные устройства) – в настоящее время практически не используются.

Назначение: обеспечение хранения, контроля, восстановления и копирования данных о проектных решениях САПР, а также справочных данных (в том числе нормативно-справочной документации).

Устройства: носители информации.

Назначение: рационализация труда проектировщиков.

Устройства:

· шкафы, стеллажи, столы и т.д.

· копировально-множительное, переплетно-брошюровочное оборудование и т.д.

ТС САПР по структурному признаку классифицируются на комплексы средств.

Под комплексом средств понимают совокупность компонентов и комплексов средств, предназначенную для тиражирования и ориентированную на проектирование объектов определенного класса или выполнение унифицированных процедур, используемую в соответствующих проектных или обслуживающих подсистемах САПР.

Программно-методические комплексы (ПМК) включают компоненты методического (в том числе, при необходимости, математического и лингвистического), информационного и программного обеспечения и предназначены для реализации проектных, управляющих и вспомогательных процедур САПР на базе определенной совокупности ТС в составе комплексов средств САПР.

Программно-технические комплексы (ПТК) представляют собой взаимосвязанную совокупность ПМК с комплексами и компонентами ТО.

ПТК содержит компоненты:

· центрального вычислительного комплекса (ЦВК);

· автоматизированные рабочие места (АРМ).

ЦВК представляет собой ПТК, предназначенный для объединения действий совокупности АРМ в единый процесс проектирования, хранения и предоставления общесистемной информации, а также для дополнения вычислительных мощностей отдельных АРМ.

АРМ представляет собой ПТК, предназначенные для выполнения следующих функций:

· оперативного ввода, вывода, отображения, редактирования и преобразования текстовой и графической информации;

· настройки, редактирования, контроля и исполнения программ пользователей в диалоговом режиме;

· формирование архива проектных решений и библиотеки стандартных элементов и процедур (меню);

· осуществление взаимодействия с другими АРМ и, при необходимости, с ЦВК;

· дополнения проектных структур;

По принципу взаимодействия между собой различают:

· независимые АРМ;

· локальные вычислительные сети АРМ.

5 Архитектура персонального компьютера

Современный компьютер состоит из нескольких функциональных узлов: процессор, память, контроллеры устройств и т.д. Каждый узел представляет собой сложное электронное устройство, в состав которого могут входить миллионы логических элементов. Для луч­шего понимания принципа работы каждого узла и компьютера в це­лом вводится понятие уровней представления компьютера.

Цифровой логический уровень – уровень логических схем базовой системы элементов.

Микроархитектурный уровень – уровень организации обработки информации внутри функционального узла. Сюда относятся регист­ры различного назначения, устройство обработки поступающих ко­манд, устройство преобразования данных, устройство управления.

Командный уровень – набор функциональных узлов и связи между ними, система команд и данных, передаваемых между устройствами.

Набор блоков, связей между ними, типов данных и операций каждого уровня называется архитектурой уровня.

Архитектура командного уровня называется обычно компьютер­ной архитектурой или компьютерной организацией.

Компьютеры первого и второго поколения имели архитектуру зак­рытого типа с ограниченным набором внешнего оборудования. Та­кая архитектура характерна для компьютеров, базовая система логи­ческих элементов которых построена на дискретных электронных компонентах (электронных лампах, транзисторах). Введение любого дополнительного функционального блока в такие архитектуры был сопряжен с увеличением потребляемой мощности, занимаемой пло­щади и резко увеличивал стоимость всей системы. Поэтому компь­ютер, выполненный по этой архитектуре, не имел возможности под­ключения дополнительных устройств, не предусмотренных раз­работчиком.

В начале 70-х гг. фирмой DEC (Digital Equipment Corporation) был предложен компьютер совершенно иной архитектуры. Эта архитек­тура позволяла свободно подключать любые периферийные устрой­ства, что сразу же заинтересовало разработчиков систем управления различными техническими системами, так как обеспечивало свобод­ное подключение к компьютеру любого числа датчиков и исполни­тельных механизмов. Главным нововведением являлось подключение всех устройств, независимо от их назначения, к общей шине переда­чи информации. Подключение устройств к шине осуществлялось в соответствии со стандартом шины. Стандарт шины являлся свобод­но распространяемым документом, что позволяло фирмам – произ­водителям периферийного оборудования разрабатывать контроллеры для подключения своих устройств к шинам различных стандартов. Архитектура компьютера открытого типа, основанная на использо­вании общей шины, приведена на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Архитектура компьютера открытого типа

Общее управление всей системой осуществляет центральный процессор. Он управляет общей шиной, выделяя время другим устройствам для обмена информаци­ей. Запоминающее устройство хранит исполняемые программы и данные и согласовано уровнями своих сигналов с уровнями сигна­лов самой шины. Внешние устройства, уровни сигналов которых от­личаются от уровней сигналов шины, подключаются к ней через спе­циальное устройство – контроллер. Контроллер согласовывает сигналы устройства с сигналами шины и осуществляет управление устройством по командам, поступающим от центрального процессора. Контроллер подключается к шине специальными устройствами — портами ввода-вывода. Каждый порт имеет свой номер, и обраще­ние к нему процессора происходит, также как и к ячейке памяти, по этому номеру. Процессор имеет специальные линии управления, сигнал на которых определяет, обращается ли процессор к ячейке па­мяти или к порту ввода-вывода контроллера внешнего устройства.

Несмотря на преимущества, предоставляемые архитектурой с общей шиной, она имеет и серьезный недостаток, который прояв­лялся все больше при повышении производительности внешних ус­тройств и возрастании потоков обмена информацией между ними. К общей шине подключены устройства с разными объемами и ско­ростью обмена, в связи с чем «медленные» устройства задерживали работу «быстрых». Дальнейшее повышение производительности ком­пьютера было найдено во введении дополнительной локальной шины, к которой подключались «быстрые» устройства. Архитектура компь­ютера с общей и локальной шинами приведена на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Архитектура компьютера с общей и локальной шиной

Контроллер шины анализирует адреса портов, передаваемые про­цессором, и передает их контроллеру, подключенному к общей или локальной шине.

Конструктивно контроллер каждого устройства размещается на общей плате с центральным процессором и запоминающим устрой­ством или, если устройство не является стандартно входящим в состав компьютера, на специальной плате, вставляемой в специальные разъемы на общей плате – слоты расширения. Дальнейшее развитие микроэлектроники позволило размещать несколько функциональных узлов компьютера и контроллеры стандартных устройств в одной микросхеме СБИС. Это сократило количество микросхем на общей плате и дало возможность ввести две дополнительные локальные шины для подключения запоминающего устройства и устройства отображения, которые имеют наибольший объем обмена с централь­ным процессором и между собой. Хотя архитектура компьютера ос­талась прежней, структура современного персонального компьютера имеет вид, представленный на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Структура персонального компьютера

Центральный контроллер играет роль коммутатора, распре­деляющего потоки информации между процессором, памятью, устрой­ством отображения и остальными узлами компьютера. Кроме этого в состав микросхемы центрального контроллера включены устрой­ства, которые поддерживают работу компьютера. К ним относятся системный таймер; устройство прямого доступа к памяти, которое обеспечивает обмен данными между внешними устройствами и па­мятью в периоды, когда это не требуется процессору; устройство обработки прерываний, которое обеспечивает быструю реакцию про­цессора на запросы внешних устройств, имеющих данные для пере­дачи.

Функциональный контроллер – это СБИС, которая содержит кон­троллеры для подключения стандартных внешних устройств, таких как клавиатура, мышь, принтер, модем и т.д. Часто в состав этого контроллера входит такое устройство, как аудиокарта, позволяющая получить на внешних динамиках высококачественный звук при про­слушивании музыкальных и речевых файлов.

Для подключения специфических устройств часть общей шины, соединяющая центральный и функциональный контроллеры, имеет слоты расширения для установки плат контроллеров, представленная в современных компьютерах большей частью шиной PCI (Peripheral Component Interconnect – соединение периферийных элементов),. Для обмена информацией с видеоконтроллером была разработана более быстрая, чем PCI, специальная шина AGP (Advanced Graphics Port – ускоренный графический порт), позже была введена и сейчас используется PCI-express.

Наиболее распространенная шина в настоящее время – шина USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина). Исходя из названия, на подключение по USB рассчитаны многие современные принтеры, сканеры, фотоаппараты, внешние носители информации и др.

Дата добавления: 2014-01-05