Есептеу кешендері және жүйелері

Есептеу жүйесінің сәулеті – жүйені функционалды модульдерінің (блоктарының) әрқайсысында жүйелік функцияларды көпдеңгейлі жүзеге асыруды қамтамасыз ететін, өзара байланысқан техникалық және программалық жабдықтар жиынтығының сипаттамасы.

ЕЖ сәулеті өзара байланысқан үш түрлі құрылымды қамтыйды:

- физикалық;

- логикалық;

- программалық.

Құрылымның әрқайсысы жеке элементтерді қамтыйды:

Физикалық құрылым (ФҚ):

- базалық құрылым;

- жадыны ұйымдастыру;

- СҚ әрекеттесуді ұйымдастыру;

- басқару принциптері.

Физикалық құрылымды зерттеу қарастырылатын жүйенің физикалық ресурстарын анықтауға мүмкіндік береді, процессорлардың немесе ЭЕМ-ң, жадының және т.б. қажетті санын есептейді, олардың техникалық сипаттамаларының қандай болу керектігін анықтайды. Барлық функционалдық модульдердің (жадының түрлі деңгейлері, СҚ жиынын қосқанда) өзара әрекеттестігі ЕЖ-де қабылданған модульдерді басқару, байланыстыру принциптеріне сай болу керек.

Талап етілетін құрылымды таңдау кезінде мынадай сұрақар шешімін табу керек:

- алгоритмнің берілген класымен программаның озық түрде жүзеге асыратындай етіп ЕЖ құрылымын таңдау;

- программалық қамтаманың құрамын (құрылымды) ЕЖ-нің мүмкіндіктерін озық түрде қолдана алатындай етіп анықтау;

- алгоритмді және программаны құрастыру тәсілдерін, берілген ЕЖ үшін машиналық тілді таңдау;

- есептеу тапсырмаларының кластары (сол ЕЖ-не байланысты) анықтау.

Логикалық құрылым (ЛҚ):

- функциялар жиыны;

- командалар жүйесі;

- деректер форматтары;

- командалардың уақытша сипаттамалары.

ЛҚ – ЕЖ (ЕК) есептеу мүмкіндігін анықтайды. Бұл кезде, программаны құруда қолданылатын командалар тізімі, деректер форматтары тапсырма класына байланысы жүйенің әсеріне баға беретін болады:

- программалау тілдері;

- ОЖ;

- ДҚБЖ;

- ҚПП.

ЕЖ (ЕК) ПК – жүйенін аппараттық жабдықтарын тиімді эксплатациялауға мүмкіндігін беретін өзара байланысқан программалар кешені.

Осылайша, ЕЖ (ЕК) жобалаушы шешім қабылдауда үш негізгі мәселеге сүйену керек:

- командалар жүйесіне, олардың орындалу уақытына, сипаттамаларына, программалау тілдеріне, қолданбалы программаларына, ОЖ-не және т.б. байланысты ЕЖ программаларын көрсету формасын және интерпретация ережесін анықтау;

- жадының ұйымдастыру және есептеуді басқару принциптеріне байланысты программалардан деректерді мекендеу тәсілдерін орнату;

- деректер форматымен, жадының ұйымдастыру тәсілдерімен, сыртқы құрылғылармен әсерлесуімен анықталатын деректерді көрсету формасын беру.

Есептеу кешендерінің және жүйелерінің классификациясы

1. функционалды тағайындалуы бойынша:

- әмбебап – тапсырмалардың кең көлемін шешуге арналған;

- мамандандырылған – құрылымы белгілі, алдын ала анықталған тапсырмалар кластарын шешуге арналған.

Мамандандыру деңгейі:

- қолданушылық – қолданушының қолданбалы ішкіжүйелері және программалары деңгейінде;

- тілдік – қолданушылықпен тығыз байланысты, себебі проблемалық бағыт программалау тілдерінің шектелген санын қолдануды қажет етеді;

- жүйелік – ОЖ мен аппараттық жабдықтар арасындағы үлестірілген функциялармен байланысты;

- функционалды – өзіндік модуль деңгейінде мамандандыру (яғни машиналар, процессорлар немесе ЕЖ шеңберіндегі ішкі жүйелер);

- сәулеттік – жеке жүйенің, машинаның, процессордың немесе ішкі жүйенің ішіндегі құрылғылар мен модульдерге қатысты

- аппараттық – ЕЖ аппараттық жабдықтарын мамандандыру деңгейі;

- схемотехникалық – бұл деңгей жеке сұлбаларға немесе құрастырушы модульдерге байланысты.

2. Басқаруды орталықтандыру дәрежесі бойынша ЕЖ (ЕК) мыналарға бөлінеді:

- орталықтандырылған басқаруды қамтыйтын жүйелер;

- орталықтандырылмаған үлестірілген басқаруды қамтыйтын жүйелер;

- аралас басқаруды қамтыйтын жүйелер.

3. ЕЖ (ЕК) жұмыс режимі бойынша былай жіктеледі:;

- «сұраныс-жауап» режиміндегі;

- нақты уақыт режиміндегі.

4. Командалар ағыны және деркетер ағыны саны бойынша (Флину М. бойынша) ЕЖ (ЕК) мыналарға бөлінеді:

- командалардың дара ағыны және деректердің дара ағыны (КДА ДДА) – дарапроцессорлы ЭЕМ (2.40 – сурет).

– сурет. Деректер мен командалардың дара ағыны

- командалардың дара ағыны және деректердің көп ағыны (КДА ДКА) – матрицалық (МЕЖ), векторлық (ВЕЖ), ассоциативті (АЕЖ), қалдық кластар ЕЖ (2.41 – сурет).

– сурет. Командалардың дара ағыны және деректердің көп ағыны

- командаларды көп ағыны және деректердің дара ағыны (ККА ДДА) – конвейерлік (2.42 – сурет).

2.42 – сурет. Командалардың көп ағыны және деректердің дара ағыны

- ККА ДКА – көп машиналы ЕК, МПЕЖ, ағынды ЕЖ, динамикалық құрылымды ЕЖ, гибридті ЕЖ, нейрокомпьютерлік ЕЖ (2.43 – сурет).

– сурет. Командалар мен деректердің көп ағыны

5. ЕЖ (ЕК) кешендеу тәсілі бойынша мыналарға бөлінеді:

- төменгі байланысты;

- жоғары байланысты.

Байланысу деңгейі ЕЖ (ЕК) құру кезіндегі кешендеу деңгейінің санына тәуелді:

- СЕСҚ деңгейінде кешендеу;

- «канал-канал» адаптері ККА көмегімен каналдар деңгейінде кешендеу;

- деректерді беру аппаратурасының (ДБА) деңгейінде кешендеу;

- жалпы жедел жады деңгейінде кешендеу;

- процессорлар деңгейінде кешендеу.

Кешендеудің алғашқы үш деңгейін қолдану әлсіз байланысқан жүйені береді. Соңғы екі деңгейі жоғары байланысты ЕЖ (ЕК) түзеді.

6. Құрамдас ЭЕМ (Пр) типі бойынша ЕЖ-і мыналарға бөлінеді:

- біртекті – программалық және аппараттық біріккен ЭЕМ-ден тұрады;

- біртекті емес.

7. Ішкі байланысты ұйымдастыру тәсілдері бойынша:

- ортақ шиналы ЕЖ;

- қиылыспалы коммутациялы ЕЖ;

- көпкірісті жадылы ЕЖ;

- ағынды ЕЖ – программалық есептеумен басқару деректердің дайындығы бойынша жүзеге асады;

- программаланатын және динамикалық сәулетті ЕЖ;

- нейрокомпьютерлер;

- матрицалық және векторлық ЕЖ;

- ассоциативті ЕЖ;

- конвейерлік ЕЖ;

- қалдық класты ЕЖ;

- гибридті ЕЖ.

8. ЕЖ өңдеуші түйіндерінің құрамына:

- жалпыға арналған көп процессорлы ЕЖ (МП ЕЖ);

- есептеу тапсырмалары құрылымының белгілі типтеріне бағытталған, мамандандырылған ЕЖ.

Негізгі әдебиеттер: 1 [626-682]; 2 [368-375]; 3 [343-425];

Қосымша әдебиеттер: 1 [390-432]; 3 [519-562];

Бақылау сұрақтары:

1. Параллель есептеу және деректерді үлестірілген түрде өңдеу қажеттілігі қандай тапсырманы шешу басырысында туындайды?

2. ДӨҮЖ-н функционалды қызметі, басқаруды орталықтандыру дәрежесі, жұмыс режимдері, ЭЕМ мен ОЖ типтері бойынша, аумақтық таралымы бойынша, деректерді үлестіру тәсілдері бойынша жіктемелеуге мысал келтіріңіз.

3. ЕЖ (ЕК) сәулеті қандай үш түрлі өзара байланысқан құрылымды қамтыйды?

4. Физикалық құрылым деңгейінде қандай сұрақтар шешіледі?

5. Логикалық құрылым қандай қызметтерді жүзеге асыруды қамтыйды?

6. Программалық құрылым деңгейінде қандай мәселелер шешіледі?

7. Есептеу кешендері және жүйелерінің мамандандыру деңгейіне түсінік беріңіз?

8. Есептеу кешендері және жүйелері қалай жіктеледі?