Главная Случайная страница



Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать неотразимый комплимент Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника







Периферийные устройства





Процессор Внутренняя память

Информационная магистраль (шина данных + адресная шина + шина управления)

Монитор Дисковод Клавиатура Принтер Мышь Сканер Модем

Периферийные устройства

Память компьютера

Память ПК делится на внутреннюю и внешнюю.

Внутренняя память ПК включает в себя ОЗУ и ПЗУ.

ОЗУ - быстрая, полупроводниковая, энергозависимая память. В ОЗУ хранятся исполняемая в данный момент программа и данные, с которыми она непосредственно работает. ПЗУ — быстрая, энергонезависимая память. ПЗУ — это память, предназначенная только для чтения. Информация заносится в нее один раз (обычно в заводских условиях) и сохраняется постоянно (при включенном и выключенном компьютере). В ПЗУ хранится информация, присутствие которой постоянно необходимо в компьютере. В ПЗУ находятся: тестовые программы, проверяющие при каждом включении компьютера правильность работы его блоков; программы для управления основными периферийными устройствами —дисководом, монитором, клавиатурой; информация о том, где на диске расположена операционная система.

Процессор - центральное устройство компьютера.

Назначение процессора: управлять работой ЭВМ по заданной программе; выполнять операции обработки информации.

Микросхема, реализующая функции центрального процессора персонального компьютера, называется микропроцессором. Микропроцессор выполнен в виде сверхбольшой интегральной схемы. Термин “большая” относится не к размерам, а к количеству электронных компонентов, размещенных на маленькой кремниевой пластинке. Микропроцессор штырьками вставляется в специальное гнездо на системной плате, которое имеет форму квадрата с несколькими рядами отверстий по периметру.

Состав процессора: устройство управления (УУ), арифметико-логическое устройство (АЛУ), регистры процессорной памяти.

Процессор и основная память находятся на большой плате, которая называется материнской. Для подключения к ней различных дополнительных устройств (дисководов, манипуляторов типа мыши, принтеров и т. д.) служат специальные платы — контроллеры. Они вставляются в разъемы (слоты) на материнской плате, а к их концу (порту), выходящему наружу компьютера, подключается дополнительное устройство.



Информационная связь между устройствами компьютера осуществляется через информационную магистраль (другое название — общая шина).

Магистраль - это кабель, состоящий из множества проводов.

По одной группе проводов (шина данных) передается обрабатываемая информация, по другой (шина адреса) — адреса памяти или внешних устройств, к которым обращается процессор. Есть еще третья часть магистрали — шина управления, по ней передаются управляющие сигналы (например, сигнал готовности устройства к работе, сигнал к началу работы устройства и др.).

Количество одновременно передаваемых по шине бит называется разрядностью шины. Всякая информация, передаваемая от процессора к другим устройствам по шине данных, сопровождается адресом, передаваемым по адресной шине (как письмо сопровождается адресом на конверте). Это может быть адрес ячейки в оперативной памяти или адрес (номер) периферийного устройства.

В современном ПК реализован принцип открытой архитектуры. Этот принцип позволяет менять состав устройств (модулей) ПК. К информационной магистрали могут подключаться дополнительные периферийные устройства, одни модели устройств могут заменяться на другие. Возможно увеличение внутренней памяти, замена микропроцессора на более совершенный. Аппаратное подключение периферийного устройства к магистрали осуществляется через специальный блок - контроллер (другое название - адаптер). Программное управление работой устройства производится через программу - драйвер. которая является компонентой операционной системы. Следовательно, для подключения нового периферийного устройствах компьютеру необходимо использовать соответствующий контроллер и установить в ОС подходящий драйвер.

Основные периферийные устройства

Периферийные устройства - это устройства, с помощью которых информация или вводится в компьютер, или выводится из него. Они также называют внешними или устройствами ввода-вывода данных. Условно их можно разделить на основные, без которых работа компьютера практически невозможна, и прочие, которые подключаются при необходимости. К основным устройствам относятся клавиатура, монитор и дисковод.

Клавиатура служит для ввода текстовой информации. Внутри нее имеется микросхема — шифратор, - которая преобразует сигнал от конкретной клавиши в соответствующий данному знаку двоичный код.

Монитор (дисплей) в зависимости от конкретной программы работает в одном из двух режимов - текстовом или графическом. В текстовом режиме экран состоит из отдельных участков - знакомест. В каждое знакоместо может быть выведен один символ. В области видеопамяти в этот момент находятся данные, характеризующие каждое знакоместо, - цвет символа, цвет фона, яркость и т. д. В графическом режиме экран состоит из отдельных точек - пикселей. Данные в видео памяти характеризуют цвет конкретного пикселя - так создается изображение. Количество пикселей, из которых состоит экран монитора, называется разрешающей способностью монитора.



Для сохранения информации ее записывают на специальные жесткие и гибкие магнитные диски. Запись основана на способности некоторых материалов, содержащих в своей основе железо, сохранять на кольцеобразные дорожки диска в виде двух по-разному намагниченных участков. Дорожки состоят из отдельных частей — секторов по 512 байт. Дорожки и сектора нумеруются.

Накопитель на магнитных дисках (дисковод) состоит из мотора, служащего для вращения диска и специальной читающей и записывающей магнитной головки.

Жесткий магнитный диск (винчестер) размещается внутри компьютера. Объем жесткого диска может составлять от 10 Мбайт до 1 Гбайта (и это не предел). Компьютер может иметь пакет (несколько) винчестеров.

Гибкие магнитные диски (дискеты) бывают двух типов: 3-дюймовые (3,5" — 8 мм) и 5-дюймовые (5,25" — 133 мм). Тип определяется диаметром диска, находящегося внутри пластиковой коробки. Сама пластиковая коробка выполняет функцию защиты от внешних воздействий. Объем дискеты зависит от плотности записи на дорожке, которая бывает одинарной , двойной, четырехкратной и высокой, а также от количества рабочих сторон на дискете (односторонняя и двухсторонняя ).

Мультимедийные компоненты

Привод CD-ROM функционально аналогичен дисководу, но предназначен для чтения компакт-дисков. Компакт-диск служит для хранения различных данных и аудио видеоинформации, представленной в двоичном виде. Компакт-диски выполнены из алюминия или золота и залиты в пластик. На одном компакт-диске может быть записано до 640 Мбайт информации.

10)Дешифратор - это логическое устройство, работающее следующим образом: он получает на вход закодированный сигнал (двоичный, двоично-десятичный и т.п.), и выдает его на одном из n своих выходов. Существуют другие дешифраторы, преобразующие один код в другой.
Число входов дешифратора обычно меньше числа выходов.
Примеры дешифраторов: дешифратор 2 в 4; дешифратор 3 в 8; дешифратор 4 в 8; дешифратор двоично-десятичного кода в двоичный; дешифратор двоичного кода в код для 7-сегментного индикатора. В соответствии с кодовой комбинацией на входах дешифратор выдает активный уровень (уровень логической единицы) на одном из выходов. Двоичной комбинации 101 на входах соответствует логическая 1 на выходе Q5 (двоичное 101 равно десятичному 5), на остальных выходах будет 0.

Дешифраторы являются устройствами, выполняющими двоичные, троичные или k-ичные логические функции (операции).

11) Шифратор - логическое устройство, выполняющее преобразование позиционного кода в n-разрядный двоичный код. Шифратор выполняет функцию преобразования унарного кода в двоичный. При подаче сигнала на один из входов (обязательно на один, не более) на выходе появляется двоичный код номера активного входа.
Если количество входов настолько велико, что в шифраторе используются все возможные комбинации сигналов на выходе, то такой шифратор называется полным, если не все, то неполным. Число входов и выходов в полном шифраторе связано соотношением:
где n — число входов, m — число выходов.
Приоритетный шифратор отличается от шифратора наличием дополнительной логической схемы выделения активного уровня старшего входа для обеспечения условия работоспособности шифратора (только один уровень на входе активный). Уровни сигналов на остальных входах схемой игнорируются.

12)Триггер (триггерная система)- класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения. По характеру действия триггеры относятся к импульсным устройствам — их активные элементы (транзисторы, лампы) работают в ключевом режиме, а смена состояний длится очень короткое время. Отличительной особенностью триггера как функционального устройства является свойство запоминания двоичной информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из двух состояний и после прекращения действия переключающего сигнала. Приняв одно из состояний за «1», а другое за «0», можно считать, что триггер хранит (помнит) один разряд числа, записанного в двоичном коде. При изготовлении триггеров применяются преимущественно полупроводниковые приборы (обычно биполярные и полевые транзисторы), в прошлом — электромагнитные реле, электронные лампы. В настоящее время логические схемы, в том числе с использованием триггеров, создают в интегрированных средах разработки под различные программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС).Используются, в основном, в вычислительной технике для организации компонентов вычислительных систем: регистров, счётчиков, процессоров, ОЗУ.

13)Регистр сдвига - устройство, состоящее из нескольких последовательно соединённых триггеров, число которых определяет разрядность регистра. Регистры широко используются в вычислительной технике для преобразования кодов. Параллельного в последовательный и наоборот.

Кроме того сдвигающие регистры являются основой (АЛУ) арифметико-логического устройства, так как при сдвиге записанного в регистр двоичного числа на один разряд влево производится умножение числа на два, а при сдвиге числа на один разряд вправо число делится на два. Поэтому наибольшее распространение получили реверсивные или двунаправленные регистры

14)СС, перевод из одной СС в другую. В современной вычислительной технике информация чаще всего кодируется с помощью последовательности сигналов всего двух видов: включено или невключено, намагничено или ненамагничено, высокое или низкое напряжение и т.д. Принято обозначать одно состояние цифрой 0, а другое - 1. Такое представление информации в цифровом виде называют двоичным. Набор (последовательность) из нулей и единиц называют двоичным кодом.

Система счисления - совокупность приемов наименования и обозначения чисел. СС разделяются на две группы: позиционные и непозиционные. Позиционной называется система счисления, в которой значение цифры зависит от ее места (позиции) в ряду цифр, обозначающих число. Системы, не обладающие этим свойством, называются непозиционными (римская система счисления). Основанием позиционной системы счисления называется число цифр, которое используют при записи.

В ЭВМ часто используется восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления. В восьмеричной системе счисления числа записываются с помощью восьми цифр (0 1 2 3 4 5 6 7). Сама восьмерка записывается двумя цифрами: 10. Для записи чисел в шестнадцатеричной системе необходимо уже располагать шестнадцатью различными символами, используемыми как цифры:

10-я: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

16-я: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 А В С D E F

Правило: Чтобы перевести целое положительное десятичное число в систему счисления с другим основанием, нужно это число разделить на основание. Полученное частное снова разделить на основание и т.д. до тех пор, пока частное не окажется меньше основания. В результате записать в одну строку последнее частное и все остатки, начиная с последнего.

Правило: Чтобы перевести положительную десятичную дробь в двоичную, нужно дробь умножить на 2. Целую часть произведения взять в качестве первой цифры после запятой в двоичной дроби, а дробную часть вновь умножить на 2. В качестве следующей цифры двоичной дроби взять целую часть этого произведения, а дробную часть произведения снова умножить на 2 и т.д. до получения после запятой заданного количества цифр.

Замечание: Перевод десятичного числа в двоичную систему счисления проводится отдельно для его целой и дробной части.

Правило: Чтобы перевести число из двоичной системы в десятичную систему счисления, нужно двоичное число представить в виде суммы степеней двойки с коэффициентами-цифрами и найти эту сумму.

Правило: Для преобразования двоичного числа в восьмеричное необходимо двоичную последовательность разбить на группы по три цифры справа налево и каждую группу заменить соответствующей восьмеричной цифрой. Аналогично поступают и при переводе в шестнадцатеричную систему, только двоичную последовательность разбивают не на три, а на четыре цифры.

Переведем наше число в восьмеричную и шестнадцатеричную системы:

Аналогично осуществляется и обратное преобразование: для этого каждую цифру восьмеричного или шестнадцатеричного числа заменяют группой из трех или четырех цифр.

A
B
C
D
E
F

15)Арифметико-логическое устройство (АЛУ) - блок процессора, который под управлением УУ служит для выполнения арифметических и логических преобразований над данными, называемыми в этом случае операндами. Разрядность операндов обычно называют размером машинного слова. В современных ЭВМ АЛУ входит в состав микропроцессора, на котором строится компьютер. Синтез АЛУ проходит в несколько этапов:

1)Выбирается метод, по которому предполагается выполнение операции, составления алгоритма соответствующих действий;

2)Определяется набор составляющих АЛУ элементов;

3)Определяется связь между элементами;

4)Устанавливается порядок функционирования устройства и временная диаграмма управляющих сигналов, которые должны быть поданы на АЛУ от устройства управления.

16)Запоминающее устройство — носитель информации, предназначенный для записи и хранения данных. Памятью ЭВМ называется совокупность устройств, служащих для запоминания, хранения и выдачи информации. Емкость памяти – максимальное кол-во данных, которое в ней может сохраниться. Min адресуемый элемент памяти – 8 бит. Быстродействие памяти определяется временем, затрачиваемым на поиск нужной информации в памяти и на её считывание.

Классификация ЗУ: 1)По типу обращения: а)запись и чтение; б)только чтение; 2)По организации доступа: а)с произвольным доступом; б)с прямым (циклическим) доступом; в)с последовательным доступом.

Иерархическая структура памяти позволяет экономически эффективно сочетать хранение больших объемов информации и быстрый доступ. На нижнем уровне иерархии находится регистровая память (РП): работает на частоте процессора; время обращения минимально. Оперативная память (ОП) – ус-во, которое служит для хранения информации, используемой в ходе выполнения программы в процессоре. Для заполнения пробела между РП и ОП используется Кеш.

17)Режимы адресации 16-разрядного процессора. Способ определения операнда называется режимом адресации. Рассмотрим наиболее типичные режимы адресации микропроцессора 8086. Они разделяются на два класса — режимы адресации данных и режимы адресации переходов. Различают следующие режимы адресации:
Непосредственный. Данное длиной 8 или 16 бит является частью команды;
Прямой. 16-битный эффективный адрес данного является частью команды;
Регистровый. Данное содержится в определяемом командой регистре;

Регистровый косвенный. Эффективный адрес данного находится в базовом регистре ВХ или индексном регистре, определяемых командой:

Регистровый относительный. Эффективный адрес равен сумме 8- или 16-битного смещения и содержимого базового или индексного регистров:

Базовый индексный. Эффективный адрес равен сумме содержимого базового и индексного регистров, определяемых командой:

Относительный базовый индексный. Эффективный адрес равен сумме 8-или 16-битного смещения и базово-индексного адреса:

18)Устройство Управления (УУ) – часть цифрового вычислительного ус-ва, предназначенная для выработки последовательности направляющих сигналов. Микрооперация – элементарная цифровая операция, выполняемая за один такт. Микрокоманда – совокупность микроопераций. Последовательность действий образует микропрограмму.

УУ предназначено для выработки управляющих сигналов, под воздействием которых происходит преобразование информации в АЛУ, а также операции по записи и чтению информации из/в ЗУ.

УУ делятся на:

1)УУ с жесткой логикой, или схемной: для каждой команды задаваемой операцией, строится набор комбинаторных схем, которые в нужных тактах вырабатывают необходимые управляющие сигналы.

2)УУ с программной логикой: каждой команде ставится в соответствие совокупность хранимых к специальной памяти слов-микрокоманд.

Схемное УУ состоит из:

датчика сигналов, вырабатывающего последовательность импульсов, равномерно распределенную во времени по своим шинам;

блока управления операциями, осуществляющего выработку управляющих сигналов, то есть коммутацию сигналов, поступающих с ДС, в соответствующем такте на нужную управляющую шину;

дешифратора кода операций, который дешифрирует код операции команды, присутствующей в данный момент в регистре команд, и возбуждает одну шину, соответствующую данной операции; этот сигнал используется блоком управления операциями для выработки нужной последовательности управляющих сигналов.

19)Кодирование команд. Машинная команда - это элементарная инструкция, выполняемая ЭВМ автоматически без дополнительных указаний. Она состоит из двух частей: операционной и адресной.

В операционной части команды записан ее код, а в адресной - один или несколько адресов ячеек памяти, в которых хранятся операнды (числа, участвующие в операции). Различают безадресные, одно-, двух-, трехадресные команды.

Команды могут кодироваться в двоичной, шестнадцатеричной, символической формах. ЭВМ понимает только двоичную форму, при этом средняя по сложности программа состоит из тысяч битов. Для сокращения записи используют шестнадцатиричный код. Но это тоже не удобно: программист должен знать коды всех команд (около 100). Используется симоволический код: каждая команда представлена совокупностью букв - сокращений от английских названий команд. Симолическая программа транслируется ЭВМ в двоичный код и исполняется.

Структура трехадресной команды: |КОП|A1|A2|A3| где КОП - код операции, A1, A2 - адреса ячеек, содержащих первый и второй операнды, A3 - адрес ячейки, куда следует поместить результат выполнения операции.

Структура двух- и одноадресной команды: |КОП|A1|A2|, КОП|A1| где A1,A2 - адреса ячеек ОЗУ, где хранятся операнды, и куда должен быть записан результат операции. Безадресная команда содержит только код операции, а информация для нее должна быть заранее помещена в определенные ячейки памяти.

Команда |СЛ|0103|5102| следует расшифровать так: "сложить число, записанное в ячейке 0103 памяти, с числом, записанным в ячейке 5102, а затем результат (то есть сумму) поместить в ячейку 0103." Команды mov ax, bx и add ax, bx помещают в регистр микропроцессорной памяти ax содержимое ячейки bx, после чего складывают содержимое регистров ax и bx с последующей записью суммы в ax.

Все арифметические действия выполняются арифметико-логическим устройством. Сложение и вычитание чисел в двоично-десятичном представлении:

123+345=468, 000100100011+001101000101=010001101000.

20)Система счисления - совокупность приемов наименования и записи чисел. В любой СС для представления чисел выбираются некоторые символы (их называют цифрами), а остальные числа получаются в результате каких-либо операций над цифрами данной системы счисления.

Система называется позиционной, если значение каждой цифры (ее вес) изменяется в зависимости от ее положения (позиции) в последовательности цифр, изображающих число. Число единиц какого-либо разряда, объединяемых в единицу более старшего разряда, называют основанием позиционной системы счисления. Если количество таких цифр равно P, то система счисления называется P-ичной. Основание СС совпадает с количеством цифр, используемых для записи чисел в этой СС. Арифметические действия над числами в любой позиционной СС производятся по тем же правилам, что и десятичной системе, так как все они основываются на правилах выполнения действий над соответствующими многочленами. При этом нужно только пользоваться теми таблицами сложения и умножения, которые соответствуют данному основанию P СС.При переводе чисел из десятичной системы счисления в систему с основанием P > 1 обычно используют следующий алгоритм:

1) если переводится целая часть числа, то она делится на P, после чего запоминается остаток от деления. Полученное частное вновь делится на P, остаток запоминается. Процедура продолжается до тех пор, пока частное не станет равным нулю. Остатки от деления на P выписываются в порядке, обратном их получению;2) если переводится дробная часть числа, то она умножается на P, после чего целая часть запоминается и отбрасывается. Вновь полученная дробная часть умножается на P и т.д. Процедура продолжается до тех пор, пока дробная часть не станет равной нулю. Целые части выписываются после запятой в порядке их получения. Результатом может быть либо конечная, либо периодическая дробь в системе счисления с основанием P. Поэтому, когда дробь является периодической, приходится обрывать умножение на каком-либо шаге и довольствоваться приближенной записью исходного числа в системе с основанием P.

21)Прямой код представляет собой одинаковое представление значимой части числа для положительных и отрицательных чисел и отличается только знаковым битом. В прямом коде число 0 имеет два представления «+0» и «–0».

Обратный код для положительных чисел имеет тот же вид, что и прямой код, а для отрицательных чисел образуется из прямого кода положительного числа путем инвертирования всех значащих разрядов прямого кода. В обратном коде число 0 также имеет два представления «+0» и «–0»

22)Комбинационные схемы (КС) — это схемы, у которых выходные сигналы Y = (у1, у2,..., ут) в любой момент дискретного времени однозначно определяются совокупностью входных сигналов X=(x1, х2,..., хn), поступающих в тот же момент времени t. Реализуемый в КС способ обработки информации называется комбинационным потому, что результат обработки зависит только от комбинации входных сигналов и формируется сразу же при поступлении входных сигналов. Поэтому одним из достоинств комбинационных схем является их высокое быстродействие. Преобразование информации однозначно описывается логическими функциями вида Y = f(X).Логические функции и соответствующие им комбинационные схемы подразделяют на регулярные и нерегулярные структуры. Регулярные структуры предполагают построение схемы таким образом, что каждый из ее выходов строится по аналогии с предыдущими. В нерегулярных структурах такая аналогия отсутствует. В практике проектирования ЭВМ накоплен огромный опыт по синтезу различных схем. Многие регулярные структуры положены в основу построения отдельных Интегральных Систем малой и средней степени интеграции или отдельных функциональных частей БИС и СверхБольшаяИС. Из регулярных комбинационных схем наиболее распространены дешифраторы, шифраторы, схемы сравнения, комбинационные сумматоры, коммутаторы и др.

23)Многопроцессорная вычислительная система (МПВС) – это система (комплекс), включающий в себя два или более процессоров, имеющих общую ОП, общие периферийные устройства и работающих под управлением единой ОС, которая, в свою очередь, осуществляет общее управление техническими и программными средствами комплекса. При этом каждый из процессоров может иметь индивидуальные, доступные только ему ОЗУ и периферийные устройства. Основная функция по организации вычислительного процесса возлагается на ОС, что значительно осложняет ее построение.

МПВС получают все большее распространение, т к обладают рядом достоинств, основные из которых: высокая надежность и готовность за счет резервирования и возможности реконфигурации; высокая производительность за счет возможности гибкой организации параллельной обработки информации и более полной загрузки всего оборудования; высокая экономическая эффективность за счет повышения коэффициента использования оборудования комплекса. Существует три типа структурной организации МПВС: с общей шиной; с перекрестной коммутацией; с многовходовыми ОЗУ.

В МПВС с общей шиной проблема связей всех устройств между собой решается крайне просто: все они соединяются общей шиной, по которым передаются информация, адреса и сигналы управления. Интерфейс является односвязным (обмен информацией в любой момент времени может происходить только между двумя устройствами). Достоинством такой структуры является простота, в том числе изменения комплекса, а также доступность модулей ОЗУ для всех остальных устройств. Недостатками является невысокое быстродействие, относительно низкая надежность системы из-за наличия общего элемента – шины.

МПВС с перекрестной коммутацией лишены недостатков, присущих МПВС с общей шиной. В таких МПВС все связи между устройствами осуществляются с помощью коммутационной матрицы. Коммутационная матрица (КМ) позволяет связывать друг с другом любую пару устройств, причем таких пар может быть сколько угодно: связи не зависят друг от друга.В МПВС с перекрестной коммутацией возможность одновременной связи нескольких пар устройств позволяет добиваться очень высокой производительности комплекса. К достоинствам структуры с перекрестной коммутацией можно отнести простоту и унифицированность интерфейсов всех устройств, а также возможность разрешения всех конфликтов в КМ. Нарушение какой-то связи приводит к отключению какого-либо устройства, т. е. надежность таких комплексов достаточно высока. Недостатками таких МПВС является сложность наращивания, что требует установки новой КМ, а также то, что при большой номенклатуре устройств КМ становится сложной, громоздкой и достаточно дорогостоящей.

В МПВС с многовходовыми ОЗУ все, что связано с коммутацией устройств, осуществляется в ОЗУ. В этом случае модули ОЗУ имеют число входов, равное числу устройств, которые к ним подключаются.

В МПВК с многовходовыми ОЗУ средства коммутации распределены между несколькими устройствами. Такой способ организации МПВК сохраняет все преимущества систем с перекрестной коммутацией, несколько упрощая при этом саму систему коммутации.

24) Принципов построения вычислительных систем всего три – с использованием общего процессора, общей памяти и общих каналов связи. Внутри мультипроцессорной системы происходит информационное взаимодействие под управлением единой операционной системы, что существенно улучшает динамические характеристики этого взаимодействия, но значительно усложняет операционную систему. И чем больше процессоров, тем сложнее ПО.

Многоядерный процессор - это центральный микропроцессор, содержащий 2 и более вычислительных ядра на одном процессорном кристалле или в одном корпусе.

Долгое время повышение производительности традиционных одноядерных процессоров в основном происходило за счет последовательного увеличения тактовой частоты (около 80% производительности процессора определяла именно тактовая частота) с одновременным увеличением количества транзисторов на одном кристалле. Однако дальнейшее повышение тактовой частоты (при тактовой частоте более 3,8 ГГц чипы попросту перегреваются!) упирается в ряд фундаментальных физических барьеров (поскольку технологический процесс почти вплотную приблизился к размерам атома: сегодня процессоры выпускаются по 45-нм технологии, а размеры атома кремния - приблизительно 0,543 нм):

во-первых, с уменьшением размеров кристалла и с повышением тактовой частоты возрастает ток утечки транзисторов. Это ведет к повышению потребляемой мощности и увеличению выброса тепла; во-вторых, преимущества более высокой тактовой частоты частично сводятся на нет из-за задержек при обращении к памяти, так как время доступа к памяти не соответствует возрастающим тактовым частотам; в-третьих, для некоторых приложений традиционные последовательные архитектуры становятся неэффективными с возрастанием тактовой частоты из-за так называемого «фон-неймановского узкого места» - ограничения производительности в результате последовательного потока вычислений. При этом возрастают резистивно-емкостные задержки передачи сигналов, что является дополнительным узким местом, связанным с повышением тактовой частоты.

Применение многопроцессорных систем не получило широкого распространения, так как требует сложных и дорогостоящих многопроцессорных материнских плат. Поэтому было решено добиваться дальнейшего повышения производительности микропроцессоров другими средствами. Самым эффективным направлением была признана концепция многопоточности, зародившаяся в мире суперкомпьютеров, - это одновременная параллельная обработка нескольких потоков команд.

Основные проблемы создания многоядерных процессоров:

каждое ядро процессора должно быть независимым, - с независимым энергопотреблением и управляемой мощностью;

рынок программного обеспечения должен быть обеспечен программами, способными эффективно разбивать алгоритм ветвления команд на четное (для процессоров с четным количеством ядер) или на нечетное (для процессоров с нечетным количеством ядер) количество потоков.

25) Первый векторно-конвейерный компьютер Cray-1 появился в 1976 году. Архитектура его оказалась настолько удачной, что он положил начало целому семейству компьютеров. Название этому семейству компьютеров дали два принципа, заложенные в архитектуре процессоров: конвейерная организация обработки потока команд; введение в систему команд набора векторных операций, которые позволяют оперировать с целыми массивами данных.

Длина одновременно обрабатываемых векторов в современных векторных компьютерах составляет, как правило, 128 или 256 элементов. Очевидно, что векторные процессоры должны иметь гораздо более сложную структуру и по сути дела содержать множество арифметических устройств. Основное назначение векторных операций состоит в распараллеливании выполнения операторов цикла, в которых в основном и сосредоточена большая часть вычислительной работы. Для этого циклы подвергаются процедуре векторизации с тем, чтобы они могли реализовываться с использованием векторных команд. Как правило, это выполняется автоматически компиляторами при изготовлении ими исполнимого кода программы. Поэтому векторно-конвейерные компьютеры не требовали какой-то специальной технологии программирования, что и явилось решающим фактором в их успехе на компьютерном рынке. Тем не менее, требовалось соблюдение некоторых правил при написании циклов с тем, чтобы компилятор мог их эффективно векторизовать.

Исторически это были первые компьютеры, к которым в полной мере было применимо понятие суперкомпьютер. Как правило, несколько векторно-конвейерных процессоров (2-16) работают в режиме с общей памятью (SMP), образуя вычислительный узел, а несколько таких узлов объединяются с помощью коммутаторов, образуя либо NUMA, либо MPP систему. Типичными представителями такой архитектуры являются компьютеры CRAY J90/T90, CRAY SV1, NEC SX-4/SX-5. Уровень развития микроэлектронных технологий не позволяет в настоящее время производить однокристальные векторные процессоры, поэтому эти системы довольно громоздки и чрезвычайно дороги. В связи с этим, начиная с середины 90-х годов, когда появились достаточно мощные суперскалярные микропроцессоры, интерес к этому направлению был в значительной степени ослаблен. Суперкомпьютеры с векторно-конвейерной архитектурой стали проигрывать системам с массовым параллелизмом. Однако в марте 2002 г. корпорация NEC представила систему Earth Simulator из 5120 векторно-конвейерных процессоров, которая в 5 раз превысила производительность предыдущего обладателя рекорда - MPP системы ASCI White из 8192 суперскалярных микропроцессоров. Это, конечно же, заставило многих по-новому взглянуть на перспективы векторно-конвейерных систем.

26) Характерной чертой симметричных мультипроцессорных систем является то, что все процессоры имеют прямой и равноправный доступ к любой точке общей памяти. Современные СМПС состоят из нескольких однородных микропроцессоров и массива общей памяти, подключение к которой производится либо с помощью общей шины, либо с помощью коммутатора. Наличие общей памяти значительно упрощает организацию взаимодействия процессоров между собой и упрощает программирование, поскольку параллельная программа работает в едином адресном пространстве.

При проектировании многопроцессорных систем проблемы связанные с оперативной памятью обостряются. Помимо проблемы конфликтов при обращении к общей шине памяти возникла и новая проблема, связанная с иерархической структурой организации памяти современных компьютеров. В многопроцессорных системах, построенных на базе микропроцессоров со встроенной кэш-памятью, нарушается принцип равноправного доступа к любой точке памяти. Данные, находящиеся в кэш-памяти некоторого процессора, недоступны для других процессоров. Это означает, что после каждой модификации копии некоторой переменной, находящейся в кэш-памяти какого-либо процессора, необходимо производить синхронную модификацию самой этой переменной, расположенной в основной памяти. С большим или меньшим успехом эти проблемы решаются в рамках общепринятой в настоящее время архитектуры ccNUMA. В этой архитектуре память физически распределена, но логически общедоступна. Это позволяет работать с единым адресным пространством, но увеличивает масштабируемость систем. Когерентность кэш-памяти поддерживается на аппаратном уровне, что не избавляет, однако, от накладных расходов на ее поддержание. В отличие от классических СМПС память становится трехуровневой: кэш-память процессора; локальная оперативная память; удаленная оперативная память. Время обращения к различным уровням может отличаться и это сильно усложняет написание эффективных параллельных программ для таких систем. Эта технология позволяет в настоящее время создавать системы, содержащие до 256 процессоров с общей производительностью порядка 200 млрд. операций в секунду. Неприятным свойством СМПС является то, что их стоимость растет быстрее, чем производительность при увеличении числа процессоров в системе. Также из-за задержек при обращении к общей памяти неизбежно взаимное торможение при параллельном выполнении даже независимых программ.

27)Кластерные системы. Кластер представляет собой группу объектов (серверов), работающих, как единая система.

Основные функции кластерной системы: дублирование критически важных компонентов; автоматический перехват функций; высокая надежность; постоянная доступность сервисов и ресурсов (приложений и данных).

Кластерные системы применяются в разнообразных областях ИТ-инфраструктуры: базовая инфраструктура; корпоративная почта, единая служба каталогов; базы данных, файловые сервисы, управление печатью; ERP(планирование ресурсов предприятия), CRM(Система управления взаимоотношениями с клиентами); функциональные системы основной и вспомогательной деятельности. Возможны разные уровни кластерных решений – начального уровня (без использования внешних систем хранения данных; двухузловой кластер высокой надежности (основной-резервный)); масштабируемый многоузловой кластер.








Date: 2015-11-13; view: 1418; Нарушение авторских прав



mydocx.ru - 2015-2022 year. (0.022 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию