Основные характеристики ЭВМ

Архитектура - совокупность свойств и характер ВМ, рассматриваемая с точки зрения пользователя.

В основе функционирования любой ВМ лежат два фундаментальных понятия в вычислительной технике.

1. понятие алгоритма.

2. принцип программного управления.

Алгоритм – некоторая однозначно определенная последовательность действий, состоящая из формально заданных операций над исходными данными, приводящая к решению за конечное число шагов.

Свойства алгоритмов:

1. дискретность алгоритма (действия выполняются по шагам, а сама информация дискретна)

2. детерминированность (сколько бы раз один и тот же алгоритм не реализовывался для одних и тех же данных результат один и тот же)

3. массовость (алгоритм “решает задачу” для различных исходных данных из допустимого множества и дает всегда правильный результат)

Программа – описание алгоритма на каком-либо языке.

Принцип программного управления (ППУ) впервые был сформулирован Венгерским математиком и физиком Джоном фон Нейманом, при участии Гольцтайна и Берца в 1946 году.

ППУ включает в себя несколько архитектурно – функциональных принципов.

1. Любой алгоритм представляется в виде некоторой последовательности управляющих слов – команд. Каждая отдельная команда определяет простой (единичный) шаг преобразования информации.

2. Принцип условного перехода. В процессе вычислений в зависимости от полученных промежуточных результатов возможен автоматический переход на тот или иной участок программы.

3. Принцип хранимой программы. Команды в ЭВМ представляются в такой же кодируемой форме, как и любые данные и хранятся в таком оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ). Это значит, что если рассматривать содержимое памяти, то без какой-то команды невозможно различить данные и команды. Следовательно, любые команды можно принципиально обрабатывать как данные (информация в ЭВМ отличается не представлением, а способом ее использования).

4. Принцип двоичного кодирования.

5. Принцип иерархии запоминающих устройств (ЗУ).

Характеристики:

1. Операционные ресурсы ЭВМ – это (грубо говоря) перечень возможностей ЭВМ. Сюда включаются:

· Способы представления информации в ЭВМ

· Система команд ЭВМ

· Способы адресации

Операционные ресурсы ЭВМ напрямую связаны с аппаратными средствами, которые характеризуют степень приспособленности ЭВМ для решения тех или иных задач.

2. Емкость памяти (внешняя и основная). Основная память, какой бы большой она не была, всегда ограничена. Внешняя память не ограничена. Для характеристики компьютера используют емкость основной памяти. Использование памяти идет многобайтно, следовательно, доступ измеряется в байтах (максимальная память 4Гб). Внешняя память – суммарная емкость всех накопительных устройств. Следовательно, необходимо использовать косвенную характеристику – количество накопителей подключаемых к ЭВМ. В современных компьютерах есть также и сверхоперативная память (cashe), ее объем – один из важнейших параметров влияющих на время решения задачи.

3. Быстродействие ЭВМ характеризует скорость обработки информации компьютером (число операций в секунду (V), время выполнения (τ=1/v)). Но для различных операций эти показатели различны, следовательно, реальная характеристика – номинальное быстродействие (V_н)– количество коротких операций в единицу времени (обычно берут операцию “+”, а операнды хранятся во внутренних регистрах процессора (R-R)). Иногда также используют в качестве характеристики быстродействия – цикл обращения к основной памяти, а также эффективное быстродействие (V_ф) V_ф=1/ ∑p_iτ _i, где p_i - вероятность выполнения i-ой операции. По содержанию производительность ЭВМ – это среднее число операций в единицу времени.

Производительность ЭВМ зависит от:

1. Быстродействия процессора

2. Класса решаемых задач

3. Порядка прохождения задачи через ЭВМ

Для оценки числового выражения эффективности ЭВМ используют смеси команд. Для научно-технических расчетов используют “Смесь Гибсона”

Надежность ЭВМ. Надежность – свойство ЭВМ выполнять возложенные на нее функции в течение заданного промежутка времени, необходимого для решения поставленной задачи. В процессе функционирования ЭВМ возникают отказы, связанные с неисправностью отдельных элементов либо соединений между ними.

По характеру проявлений отказы могут быть:

1. Внезапный отказ (механическое разрушение элементов)

2. Постепенный отказ (деградация параметров ЭВМ)

С точки зрения математического подхода – отказы это случайное событие. Используется самая простейшая математическая модель – “Простейший поток отказов”. Если поток отказов простейший, то в качестве характеристики надежности используется величина интенсивности потоков отказа. λ=1/Тр, Тр – среднее время безотказной работы между двумя очередными отказами. Если ЭВМ можно ремонтировать, то после находки отказа – работоспособность компьютера восстанавливается (Тв – среднее время восстановления) Тв – фактически время, которое происходит от момента обнаружения отказа до полного восстановления работоспособности. Для компьютеров с простейшим потоком отказов в качестве показателя используют показатель готовности: Кг = Тр/(Тр +Тв) который характеризует вероятность того, что в данный момент времени компьютер готов к решению требуемой задачи.

5. Показатель стоимости – суммарная стоимость всего оборудования, входящего в состав ЭВМ. Если возрастает количество оборудования ЭВМ, то в конечном итоге, будет расти не только стоимость, но будет расти и ее производительность. Путем статистического анализа была выведена связь между стоимостью и производительностью. Впервые это было установлено Найтом и получило название “Закон Гроша”. (V=kS²) k – константа определяется эмпирически

Вывод, если не менять технологическую базу компьютеров, то:

1. При росте стоимости ЭВМ растет количество оборудования и, следовательно, снижается скорость решения задачи.

2. При росте стоимости ЭВМ растет объем оборудования и, следовательно, увеличивается время ремонта.

Т_∑ = Тсч +Tр т.е. для данного уровня технологии всегда есть некоторая оптимальная стоимость, которая дает лучшие технические характеристики.

Классификация ЭВМ

ЭВМ классифицируются по:

1. Назначению. Обычно выделяют ЭВМ общего применения и ЭВМ ориентированные на вполне определенный класс задач.

2. Производительности: ЭВМ подразделяются по величине производительности.

3. Режимам работы:

а) однопрограммные ЭВМ

б) мультипрограммные ЭВМ (Эти ЭВМ должны иметь большую оперативную память, средства управления временем, ввода-вывода, средства позволяющие исключить влияния программ друг на друга)

в) ЭВМ для построения много машинных и многопроцессорных вычислительных систем (дополнительно к мультипрограммным ЭВМ должны реализовывать функции взаимного обмена между ЭВМ)

г) ЭВМ для работы в системах реального времени. (Говоря о машинах реального времени наиболее очевиден пример, когда ЭВМ управляет техническим объектом (автопилот). К ним предъявляют требования быстродействия и способность получать массу сигналов от внешних источников)

4. Способ структурной организации.

Для увеличения скорости ЭВМ в ее состав включают несколько процессоров. Различают:

а) Однопроцессорные ЭВМ

б) Мультипроцессорные ЭВМ

Контрольные вопросы:

1. Где и когда была создана первая действующая ЭВМ? Кто руководил ее разработкой?

2. Где и когда были впервые реализованы принципы фон Неймана устройства компьютера?

3. Когда была создана первая отечественная ЭВМ?

4. Какие ЭВМ, созданные в СССР в 40-х, 50-х годах 20 века вы знаете? Какие советские ученые руководили этими разработками?

5. По каким показателям ЭВМ относят к тому или иному поколению?

6. Каковы основные характеристики ЭВМ 1-. 2-. 3-. 4-го поколений?

7. Что такое интегральная схема? большая интегральная схема?

8. Какова единица измерения быстродействия компьютера?

9. Какая характеристика быстродействия используется для современных компьютеров?

10. Что такое тактовая частота?

11. Какие категории компьютеров существуют в настоящее время?

12. Что такое архитектура ЭВМ?

13. Какие принципы построения ЭВМ относятся к понятию архитектуры?

14. Каковы основные принципы классической (Фон-неймановской) архитектуры ЭВМ?

15. Из каких основных узлов состоит ЭВМ?

16. Каково назначение контроллера внешнего устройства?

17. Какие преимущества имеет шинная архитектура ЭВМ?

18. Как можно разделить на классы программное обеспечение ЭВМ в зависимости от назначения?

19. Каково назначение системного ПО? Что является главной частью системного ПО?

20. Какие программы входят в состав системного ПО?

21. Что такое системы программирования? Каково их назначение, состав и функции?

22. Каково назначение прикладного программного обеспечения (ППО)?

23. Как можно классифицировать ППО?

24. Для чего предназначено инструментальные программные средства общего назначения? Приведите примеры.

25. Какого типа ПО включает в себя ПО специального назначения? Приведите примеры.

26. На кого ориентировано ПО профессионального уровня? Приведите примеры.

27. Что такое операционная система (ОС)?

28. Каково назначение и основные функции ОС?

29. Какие изменения претерпели ОС за время развития компьютеров?

30. Каковы особенности ОС для ПК?

31. Как связано развитие ОС с изменением аппаратного обеспечения ЭВМ?

32. Каковы основные компоненты ОС MS-DOS? Каково их назначение?

33. Как осуществляется процесс загрузки компьютера, работающего под управлением ОС MS-DOS?

Дата добавления: 2014-01-06