Типы архитектур вычислительных систем (ВС). Однопроцессорные, многопроцессорные и многомашинные ВС.



 

Вычислительная система (ВС) – «это совокупность одного или нескольких компьютеров или процессоров, программного обеспечения и периферийного оборудования, организованная для совместного выполнения информационно-вычислительных процессов» [3, с.47].

ВС делятся на[3, с.49–54]:

1. одномашинные (однопроцессорные);

2. многомашинные;

3. многопроцессорные.

2.3. Структурная схема ПК. Принцип «открытой архитектуры». Назначение и характеристики основных устройств. Типовой комплект ПК, назначение и характеристика всех компонентов (самостоятельное изучение).

Вопросы для самостоятельного изучения:

Типовой комплект ПК, назначение и характеристика всех компонентов

 

Принцип «открытой архитектуры» [1, с.19]:

Компьютер является не единым неразъемным устройством, а предполагает возможность его сборки из независимо изготовленных частей, при этом методы сопряжения устройств с компьютером не скрываются, а являются общедоступными. Принцип «открытой архитектуры» был впервые разработан и внедрен компанией IBM, как обеспечивающий возможность усовершенствования отдельных частей IBM PC и использования новых устройств.

«Открытая архитектура» ПК предполагает, что «на основной электронной плате компьютера IBM PC (системной, или материнской, плате) размещены только те блоки, которые осуществляют обработку информации (вычисления). Схемы, управляющие всеми остальными устройствами компьютера – монитором, дисками, принтером и т.д., реализованы на отдельных платах, которые вставляются в стандартные разъемы на системной плате – слоты. К этим электронным схемам подводится электропитание из единого блока питания, а для удобства и надежности все это заключается в общий металлический или пластмассовый корпус – системный блок.

Основные устройства ПК можно изобразить в виде блок-схемы:

 


Назначение и характеристики основных устройств [1, с.23–27]:

1. Микропроцессор

2. Дополнительные интегральные микросхемы, улучшающие работу микропроцессора [3, с.117–118]:

-математический сопроцессор;

- контроллер прямого доступа к памяти;

- сопроцессор ввода/вывода;

- контроллер прерываний.

3. Память ПК[1, с.23-27; 3, с.114–115]

Память ПК можно разделить на основную, энергонезависимую и внешнюю память.

Более подробно рассмотрим это в отдельном вопросе лекции (вопрос 2.5).

4. Контроллеры и шина

Обмен информацией между оперативной памятью и внешним устройствами называется вводом/выводом и не является непосредственным, то есть существует два промежуточных звена:

- контроллер (или адаптер) – электронная схема, управляющая конкретным внешним устройством;

- системная магистраль передачи данных (или шина), через которую осуществляется взаимодействие контроллеров с микропроцессором и оперативной памятью.

К контроллерам относятся и контроллеры портов ввода/вывода: параллельные (обозначаемые LTP1–LTP4, к ним обычно подключаются принтеры), асинхронные параллельные (обозначаемые COM1–COM3, через них обычно подключаются мышь, модем и т.д.) и игровой порт (для подключения джойстика). Некоторые устройства могут подключаться и к параллельным, и к последовательным портам. Параллельные порты осуществляют ввод/вывод с большей скоростью, чем последовательные (за счет использования большего числа проводов в кабеле)» [1, с.23–27].

«Системная шина включает в себя:

- кодовую шину данных (КШД), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда;

- кодовую шину адреса (КША), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода/вывода внешнего устройства;

- кодовую шину инструкций (КШИ), содержащую провода и схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки;

- шину питания, содержащую провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопотребления.

 Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

1) между микропроцессором и основной памятью;

2) между микропроцессором и портами ввода/вывода внешних устройств;

3) между основной памятью и портами ввода/вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Все блоки, а точнее их порты ввода/вывода, через соответствующие унифицированные разъемы (стыки) подключаются к шине единообразно: непосредственно или чрез контроллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему контроллера шины, формирующую основные сигналы управления. Обмен информацией между внешним устройствами и системной шиной выполняется и использованием ASCII-кодов» [3, с.114].

5. Электронные платы[1, с.23–27].

6. Внешние устройства[3, с.115–117]

Внешние устройства (ВУ) – важнейшая составная часть любого вычислительного комплекса, по стоимости составляющая до 80-85% стоимости всего ПК.

Внешние устройства ПК обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой: пользователями, объектами управления и другими компьютерами.

К внешним устройствам относятся:

- внешние запоминающие устройства и внешняя память ПК;

- диалоговые средства пользователя (видеомонитор, устройства речевого ввода/вывода);

- устройства ввода/вывода информации;

- средства связи и телекоммуникаций (например, адаптеры, аналого-цифровые преобразователи, сетевые интерфейсные платы и карты и т.д.).

Более подробно устройства ввода-вывода информации будут рассмотрены в соответствующих пунктах лекции.

7. Источник питания [3, с.115]

Источник питания – блок, содержащий системы автономного и сетевого энергопитания ПК.

8. Таймер [3, c.115]

Таймер – внутримашинные электронные часы реального времени, обеспечивающие, при необходимости, автоматический съем текущего момента времени (год, месяц, минуты, секунды и доли секунд). Таймер подключается к автономному источнику питания – аккумулятору, и при отключении машины от электросети продолжает работать.

2.4. Процессоры. Назначение, характеристика, компоненты процессоров. Типы архитектур процессоров: CISC, RISC, VLIW. Модели выполнения команд процессором: последовательная, конвейерная и суперскалярная. Семейства процессоров (самостоятельное изучение).

Вопросы для самостоятельного изучения:

Семейства процессоров.

 

Микропроцессор – 1) «центральное устройство ПК, предназначенное для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией» [3, с.112]; 2) «функционально-законченное программно управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших (БИС) или сверхбольших (СБИС) интегральных схем» [3, с.123].

В состав микропроцессора входят несколько компонентов [3, с.112–114]:

1. Устройство управления (УУ): формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера; опорную последовательность импульсов устройство управления получает от генератора тактовых импульсов.

2. Арифметико-логическое устройство (АЛУ): предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией (в некоторых моделях ПК для ускорения выполнения операций к АЛУ подключается дополнительный математический сопроцессор).

3. Микропроцессорная память (МПП): предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в ближайшие такты работы машины; МПП строится на регистрах для обеспечения высокого быстродействия машины, ибо основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора. Регистры – быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имеющих стандартную длину 1 байт и более низкое быстродействие).

4. Интерфейс (interface) – совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие. Интерфейсная система микропроцессора предназначена для сопряжения и связи с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс микропроцессора, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода/вывода и системной шиной.

5. Порты ввода/вывода (I/O ports) – элементы системного интерфейса ПК, через которые микропроцессор обменивается информацией с другими устройствами.

6. Генератор тактовых импульсов генерирует последовательность электрических импульсов, частота которых определяет тактовую частоту микропроцессора. Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта или, просто, такт работы машины. Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, поскольку каждая операция в вычислительной машине выполняется за определенное количество тактов.


Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 580; Мы поможем в написании вашей работы!






Мы поможем в написании ваших работ!