Технико-эксплуатационные характеристики ЭВМ

Определение архитектуры ЭВМ

Электронная вычислительная машина - комплекс технических и про­граммных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и реше­ния задач пользователей.

 

Архитектура ЭВМ - это функциональная и структурная организация машины(Функциональная организация – это набор параметров и характеристик, Структурная организация – устройства, которые входят в машину.)

Архитектура ЭВМ

Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, отражающую состав ПК, так и программно – математическое обеспечение. Структура ЭВМ - совокупность элементов и связей между ними. Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление.

Основы учения об архитектуре вычислительных машин были заложены Джон фон Нейманом. Совокупность этих принципов породила классическую (фон-неймановскую) архитектуру ЭВМ.

Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру, представленную на рисунке.

Положения фон Неймана:

· Компьютер состоит из нескольких основных устройств (арифметико-логическое устройство, управляющее устройство, память, внешняя память, устройства ввода и вывода)

· Арифметико-логическое устройство – выполняет логические и арифметические действия, необходимые для переработки информации, хранящейся в памяти

· Управляющее устройство – обеспечивает управление и контроль всех устройств компьютера (управляющие сигналы указаны пунктирными стрелками)

· Данные, которые хранятся в запоминающем устройстве, представлены в двоичной форме

· Программа, которая задает работу компьютера, и данные хранятся в одном и том же запоминающем устройстве

· Для ввода и вывода информации используются устройства ввода и вывода

Один из важнейших принципов – принцип хранимой программы – требует, чтобы программа закладывалась в память машины так же, как в нее закладывается исходная информация.

Арифметико-логическое устройство и устройство управления в современных компьютерах образуют процессор ЭВМ. Процессор, который состоит из одной или нескольких больших интегральных схем называется микропроцессором или микропроцессорным комплектом.

Процессор – функциональная часть ЭВМ, выполняющая основные операции по обработке данных и управлению работой других блоков. Процессор является преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств.

Запоминающие устройства обеспечивают хранение исходных и промежуточных данных, результатов вычислений, а также программ. Они включают: оперативные (ОЗУ), сверхоперативные СОЗУ), постоянные (ПЗУ) и внешние (ВЗУ) запоминающие устройства.

Оперативные ЗУ хранят информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время (резидентная часть операционной системы, прикладная программа, обрабатываемые данные). В СОЗУ хранится наиболее часто используемые процессором данные. Только та информация, которая хранится в СОЗУ и ОЗУ, непосредственно доступна процессору.

Внешние запоминающие устройства (накопители на магнитных дисках, например, жесткий диск или винчестер) с емкостью намного больше, чем ОЗУ, но с существенно более медленным доступом, используются для длительного хранения больших объемов информации. Например, операционная система (ОС) хранится на жестком диске, но при запуске компьютера резидентная часть ОС загружается в ОЗУ и находится там до завершения сеанса работы ПК.

ПЗУ (постоянные запоминающие устройства) и ППЗУ (перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства) предназначены для постоянного хранения информации, которая записывается туда при ее изготовлении, например, ППЗУ для BIOS.

В качестве устройства ввода информации служит, например, клавиатура. В качестве устройства вывода – дисплей, принтер и т.д.
В построенной по схеме фон Неймана ЭВМ происходит последовательное считывание команд из памяти и их выполнение. Номер (адрес) очередной ячейки памяти, из которой будет извлечена следующая команда программы, указывается специальным устройством – счетчиком команд в устройстве управления.

 

,3.

Принципы фон-Неймана.

Принцип двоичного кодирования. Для представления данных и команд используется двоичная система счисления. Преимущество перед десятичной системой счисления заключается в том, что устройства можно делать достаточно простыми, арифметические и логические операции в двоичной системе счисления также выполняются достаточно просто.
Принцип однородности памяти. Как программы (команды), так и данные хранятся в одной и той же памяти (и кодируются в одной и той же системе счисления — чаще всего двоичной). Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.
Принцип адресуемости памяти. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
Принцип последовательного программного управления. Все команды располагаются в памяти и выполняются последовательно, одна после завершения другой.
Принцип условного перехода. Команды из программы не всегда выполняются одна за другой. Возможно присутствие в программе команд условного перехода, которые изменяют последовательность выполнения команд в зависимости от значений данных. (Сам принцип был сформулирован задолго до Джона фон Неймана Адой Лавлейс и Чарльзом Бэббиджем, однако он логически включен в фон-неймановский набор как дополняющий предыдущий принцип.)

 

Принципы фон-Неймана (перечислите). В чем состоит принцип программного управления обработкой информации? Пример.

 

Принципы фон-Неймара: Принцип однородности памяти, Принцип адресуемости памяти, Принцип последовательного программного управления, Принцип жесткости архитектуры.

Так же в некоторых источниках указывается принцип двоичного кодирования, но существовали машины, работающие с троичным и с десятичным кодом.

Принцип программного управления в цифровых вычислительных машинах реализуется с использованием операционно-адрес-ной организации процесса управления переработкой информации. При этом представляемая в ЦВМ информация рассматривается как множество слов и подразделяется на информацию об алгоритме - управляющие слова и на информационные слова, над которыми выполняются операции, предписываемые алгоритмом.

Принцип программного управления в цифровых вычислительных машинах состоит в следующем:

- информация кодируется в двоичной форме и разделяется на единицы (элементы) информации — слова;

- разнотипные слова информации различаются по способу использования, но не способами кодирования;

- слова информации размещаются в ячейках памяти машины и идентифицируются номерами ячеек, которые называются адресами слов;

- алгоритм представляется в форме последовательности управляющих слов — команд, которые определяют наименование операции и слова информации, участвующие в операции. Алгоритм, представленный в терминах машинных команд, называется программой;

- выполнение вычислений, предписанных алгоритмом, сводится к последовательному выполнению команд в порядке, однозначно определяемом программой. Первой выполняется команда, заданная пусковым адресом программы. Обычно это адрес первой команды программы. Адрес следующей команды однозначно определяется в процессе выполнения текущей команды и может быть либо адресом следующей по порядку команды, либо адресом любой другой команды. Процесс вычислений продолжается до тех пор, пока не будет выполнена команда, предписывающая прекращение вычислений.

Более кратко: Принцип программного управления компьютером сводится к следующим трем положениям:

1) любая работа выполняется компьютером по программе;

2) исполняемая программа находится в оперативной памяти;

3)программа выполняется автоматически.

Из википедии: Принцип последовательного программного управления предполагает, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

 

Основные характеристики ЭВМ

За время существования компьютеров было разработано несколько сотен моделей ЭВМ. Некоторые получили большое распространение и повлияли на развитие современной компьютерной техники, другие давно забыты. Но у всех этих машин был сходный перечень основных характеристик.
Общим и наиболее важными параметром для всех компьютеров является быстродействие. Оно часто измеряется в единицах, которые называются ФЛОПС – количество арифметических операций в секунду. Первые ЭВМ имели быстродействие в несколько сотен ФЛОПС, современные суперЭВМ достигают скорости в несколько десятков ТераФЛОПС. Единицы кратности:

МФЛОПС (МегаФЛОПС) - 1 миллион арифметических операций в секунду;
ГФЛОПС (ГигаФЛОПС) - 1 миллиард арифметических операций в секунду;
ТФЛОПС (ТераФЛОПС) - 1 триллион арифметических операций в секунду

Быстродействие ЭВМ определяется более частными техническими характеристиками основных узлов (процессора, ОЗУ, шин и т.д.).
На быстродействие компьютера непосредственным образом влияет процессор. Его характеристикой является тактовая частота. Любая операция процессора состоит из отдельных элементарных действий – тактов. Чем чаще следуют такты, тем быстрее будет выполнена операция, состоящая из фиксированного числа тактов. Тактовая частота определяется количеством импульсов в секунду и измеряется в Герцах (количество импульсов за 1 сек). Она имеет ту же кратность, что и ФЛОПС, т.е. МГц (МегаГерц), ГГц (ГигаГерц).
Еще одной характеристикой процессора является разрядность. Под разрядностью обычно понимают число одновременно обрабатываемых процессором битов. Первый процессор Intel-4004 имел разрядность 4 бита, сейчас современные персональные компьютеры оснащаются 64-битными процессорами.
В последних моделях процессоров появилась встоенная КЭШ - память, объем и структура которой сильно влияют на быстродействие ЭВМ.
Кроме процессора разрядность имеют и шины компьютера (шина данных и шина адреса). Разрядность шины данных влияет на длину обрабатываемых данных, а разрядность шины адреса определяет максимальный объем памяти, с которым способен работать процессор. Она может быть вычислена по формуле - 2 в степени R (R – разрядность шины адреса). Размер оперативной памяти (ОЗУ) так же влияет на быстродействие компьютера. Память измеряется в байтах (единицы кратности: Мбайт, Гбайт, Тбайт). Первые персональные ЭВМ имели до 64 Кбайт ОЗУ, сейчас эта величина колеблется от сотен Мбайт в недорогих машинах до десятков Тбайт в суперЭВМ.
Для долговременного хранения необходимой компьютеру информации оперативная память не подходит. Здесь нужна более объемная внешняя память (ВЗУ), способная сохранять информацию при отключенном электропитании. В характеристику ЭВМ входят основные параметры ВЗУ- тип, время доступа и емкость. Для персональных компьютеров объем внешней памяти сейчас составляет десятки и сотни Гбайт, а для суперЭВМ - десятки и сотни Тбайт.
Сравнение по быстродействию различных типов ЭВМ, не обеспечивает достоверных оценок. Очень часто вместо характеристики быстродействия используют связанную с ней производительность. Производительность это объем работы, осуществляемой ЭВМ в единицу времени. В целом оценка производительности ЭВМ является сложной задачей. На производительность ЭВМ оказывает влияние очень много факторов: тип задачи, число тех или иных операций при ее выполнении, стиль управления и др. Поэтому производительность ЭВМ оценивается по выполнению смеси команд, формируемых путем анализа частоты использования разного рода команд при решении достаточно широкого класса задач. На основании такого анализа каждой команде присваивают определенный весовой коэффициент. В настоящее время наиболее признанной является смесь Гибсона. Применяются также относительные характеристики производительности. Фирма Intel для оценки процессоров предложила тест, получивший название индекс iCOMP (Intel Comparative Microprocessor Performance). При его определении учитываются четыре главных аспекта производительности: работа с целыми числами, с плавающей запятой, графикой и видео. Данные имеют 16- и 32-разрядное представление. Каждый из восьми параметров при вычислении участвует со своим весовым коэффициентом, определяемым по усредненному соотношению между этими операциями в реальных задачах.
Кроме технических показателей ЭВМ характеризуется эффективностью и надежностью при эксплуатации. Показатель эффективности определяется отношением производительности к стоимости изготовления и эксплуатации ЭВМ. Надежность это способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени. Она определяется вероятностью безотказной работы ЭВМ в течении определенного периода времени. Высокая надежность ЭВМ закладывается в процессе ее производства. Применеие сверхбольших интегральных схем (СБИС) резко сокращает число используемых интегральных схем, а значит, и число их соединений друг с другом. Модульный принцип построения позволяет легко проверять и контролировать работу всех устройств, проводить диагностику и устранение неисправностей.
Необходимо учитывать, что элементная база компьютеров развивается с большой скоростью, и сегодняшние стандарты для больших ЭВМ через несколько лет могут стать стандартами для персональных компьютеров.

 

 

Вопрос №8

Характеристики процессора

Говоря о внутренней архитектуре процессора, не следует забывать и о его характеристиках, главная из которых – производительность, то есть число итераций, выполняемых за одну секунду. Производительность, в свою очередь, характеризуется радом параметров:

¨ степенью интеграции;

¨ внутренней и внешней разрядностью обработки данных;

¨ тактовой частотой;

¨ памятью, к которой может адресоваться процессор;

¨ объемом и устройством кэш-памяти.

Степень интеграции процессора – число транзисторов, которые могут уместиться на микросхеме.

Например,	для		-	0,029	млн.
	для	i486DX	-	1,2	млн.
	для	Pentium MMX	-	4,5	млн.
	для	Pentium III MMX2	-	9,5	млн.

Внутренняя разрядность данных – количество бит, которое процессор может обрабатывать одновременно. Особенно важна эта характеристика для арифметических команд, выполняемых внутри ЦП.

Внешняя разрядность данных – разрядность системной шины. Тактовая частота современных процессоров превышает 300 МГц, тактовая частота системной шины составляет лишь 66 МГц. В самых последних моделях материнских плат – порядка 100 и 133 МГц, поэтому разрядность системной шины важна для эффективной работы ЦП.

Тактовая частота – количество циклов (или машинных тактов) в секунду, вырабатываемых генератором тактовых сигналов. Современные персональные компьютеры имеют несколько тактовых генераторов, работающих синхронно на различных частотах. Говоря о тактовой частоте системы, имеют в виду тактовую частоту системной шины.

Табл. 5.1.

Характеристики различных процессоров

Тип процессора	Тактовая частота, МГц	Внешняя разрядность данных, бит	Внутренняя разрядность данных, бит
	5, 8, 10
80486 DX	25, 33, 50
80486 DX4	75, 100
Pentium MMX	166, 200, 233, 266
Pentium II/III	400 - 500, 533 и более

Ширина ША, или количество ячеек памяти, к которым может адресоваться процессор.

Ширина ШД, или количество бит данных, которые могут быть одновременно переданы по ШД.

 

IA-32 означает: - ГУЛЯЕВ

· 32-разрядная процессорная архитектура;

· 32-разрядная архитектура процессоров Intel;

· 32-разрядная архитектура процессоров Intel до P6 включительно;

· 32-разрядная параллельная архитектура. (1)

 

 

x86 (англ. Intel 80x86) — архитектура процессора c одноимённым набором команд, впервые реализованная в процессорах компании Intel.

Название образовано от двух цифр, которыми заканчивались названия процессоров Intel ранних моделей — 8086, 80186, 80286 (i286), 80386 (i386), 80486 (i486). За время своего существования набор команд постоянно расширялся, сохраняя совместимость с предыдущими поколениями.

Помимо Intel, архитектура также была реализована в процессорах других производителей: AMD, VIA, Transmeta, IDT и др. В настоящее время для этой архитектуры существует ещё одно название — IA-32 (Intel Architecture — 32).

x86 — это CISC-архитектура. Доступ к памяти происходит по «словам». «Слова» размещаются по принципу little-endian, известному также как Intel-формат. Современные процессоры включают в себя декодеры команд x86 для преобразования их в упрощённый внутренний формат с последующим их выполнением.

Корпорация Intel разработала три типа ISA, которые ориентируются на различные секторы рынка. Для их именования часто используется акроним из выражения I ntel A rchitecture, IA (например, IA-32, IA-64).

· Архитектура IA-32 предназначена для выполнения массовых 32-разрядных приложений на ПК начального уровня и реализована в следующих семействах процессоров:

· Intel Celeron и Intel Pentium (в корпусе FC-PGA2);

· процессорах Intel, использующих технологии ультранизкого напряжения питания;

· Intel Core Duo.

 

II. Сверхоперативная память

 

СОЗУ обладает максимальным быстродействием (равным процессорному), небольшим объемом (10⁵ — 10⁷ байтов) и располагается, как правило, на кристалле процессорной БИС. Для обращения к СОЗУ не требуются магистральные (машинные) циклы. В СОЗУ размещаются наиболее часто используемые на данном участке программы данные, а иногда — и фрагменты программы.

В вычислительных системах используют многоуровневый кэш

1. Кэш процессора 1го уровня (L1) — время доступа порядка нескольких тактов, размером в десятки килобайт

2. Кэш процессора 2го уровня (L2) — большее время доступа (от 2 до 10 раз медленнее L1), около полумегабайта или более

3. Кэш процессора 3го уровня (L3) — время доступа около сотни тактов, размером в несколько мегабайт (в массовых процессорах используется с недавнего времени)

В настольных системах обычно используется двухуровневый кэш,

в серверных - трехуровневый.

 

Кэш служит высокоскоростным буфером между ЦП и относительно медленной основной памятью.

 

 

III. Оперативная память

 

Служит для размещения туда программ целиком и сегментных данных, которые она использует. Связь между процессором и ОЗУ осуществляется по системному или специализированному интерфейсу и требует для своего осуществления машинных циклов

ОЗУ системы — время доступа от сотен до, возможно, тысячи тактов, но огромные размеры в несколько гигабайт, вплоть до десятков. Время доступа к ОЗУ может варьироваться для разных его частей в случае комплексов класса NUMA (с неоднородным доступом в память)

 

Организационные методы (сплошная и сегментированная) распределения памяти позволяют организовать вычислительную систему, в которой рабочее адресное пространство программы превышает размер фактически имеющейся в системе оперативной памяти, при этом недостаток оперативной памяти заполняется за счет внешней более медленной или более дешевой памяти (винчестер, флэш-память и т.п.) Такую концепцию называют виртуальной памятью.

 

Кратко:

Оперативная память

 

n В оперативной (внутренней) памяти компьютера хранятся данные и программы.

n Оперативная память представляет собой последовательность пронумерованных, начиная с нуля, ячеек.

n В каждой ячейке оперативной памяти может храниться двоичный код.

 

IV. Внешняя память

 

Информация, находящаяся в ВЗУ, не может быть непосредственно использована процессором. Для использования программ и данных, расположенных в ВЗУ, их необходимо предварительно переписать в ОЗУ. Процесс обмена информацией между ВЗУ и ОЗУ осуществляется средствами специального канала или (реже) — непосредственно под управлением процессора. Объем ВЗУ практически неограничен, а быстродействие на 3 — 6 порядков ниже процессорногo

Кроме реализации системы виртуальной памяти внешние ЗУ используются для долговременного хранения программ и данных в виде файлов. Большинство операционных систем (ОС) поддерживают многозадачность. Они последовательно переключают задачи одну на другую.В каждый момент времени процессор выполняет только одну задачу. В многопоточных процессорах одновременно могут выполняться несколько задач. ОС планирует какая из задач будет выполняться следующей, выбирает эту задачу и переключает контексты задач. Методы переключения зависят от стратегии, выбранной ОС.

 

Энергонезависимая память=внешняя память.

Вопрос 17 Иерархия памяти. Роль оперативной памяти. Чем может быть обусловлено применение виртуальной памяти. -

 

1)

 

2)

Роль оперативной памяти - ОЗУ предназначено для хранения переменной информации; оно допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения вычислительного процесса. Таким образом, процессор берёт из ОЗУ код команды и, после обработки каких-либо данных, результат обратно помещается в ОЗУ.

 

Причем возможно размещение в ОЗУ новых данных на месте прежних, которые при этом перестают существовать. В ячейках происходит стирание старой информации и запись туда новой. Из этого видно, что ОЗУ является очень гибкой структурой и обладает возможностью перезаписывать информацию в свои ячейки неограниченное количество раз по ходу выполнения программы. Поэтому ОЗУ играет значительную роль в ходе формирования виртуальных адресов.

 

3)

Виртуальная память представляет собой совокупность всех ячеек памяти оперативной и внешней, имеющих сквозную нумерацию от нуля до предельного значения адреса.

 

виртуальная память позволяет модифицировать ресурсы памяти, сделать объём оперативной памяти намного больше, для того чтобы пользователь, поместив туда как можно больше программ, реально сэкономил время и повысил эффективность своего труда.

 

18. Процессор ЭВМ. Его основные функциональные блоки. Основная функция блока управления.

 

· блок предвыборки

· кэш-память

· декодер (дешифратор)

· блок управления

· контроллер прерываний

· операционные устройства АЛУ

· устройства вещественной арифметики FPU

· устройство управления памятью

· интерфейс

Основная функция блока управления – генерирование последовательности управляющих сигналов на основе поступающих операционных частей команд.

 

Определение архитектуры ЭВМ

Электронная вычислительная машина - комплекс технических и про­граммных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и реше­ния задач пользователей.

 

Архитектура ЭВМ - это функциональная и структурная организация машины(Функциональная организация – это набор параметров и характеристик, Структурная организация – устройства, которые входят в машину.)

Архитектура ЭВМ

Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, отражающую состав ПК, так и программно – математическое обеспечение. Структура ЭВМ - совокупность элементов и связей между ними. Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление.

Основы учения об архитектуре вычислительных машин были заложены Джон фон Нейманом. Совокупность этих принципов породила классическую (фон-неймановскую) архитектуру ЭВМ.

Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру, представленную на рисунке.

Положения фон Неймана:

· Компьютер состоит из нескольких основных устройств (арифметико-логическое устройство, управляющее устройство, память, внешняя память, устройства ввода и вывода)

· Арифметико-логическое устройство – выполняет логические и арифметические действия, необходимые для переработки информации, хранящейся в памяти

· Управляющее устройство – обеспечивает управление и контроль всех устройств компьютера (управляющие сигналы указаны пунктирными стрелками)

· Данные, которые хранятся в запоминающем устройстве, представлены в двоичной форме

· Программа, которая задает работу компьютера, и данные хранятся в одном и том же запоминающем устройстве

· Для ввода и вывода информации используются устройства ввода и вывода

Один из важнейших принципов – принцип хранимой программы – требует, чтобы программа закладывалась в память машины так же, как в нее закладывается исходная информация.

Арифметико-логическое устройство и устройство управления в современных компьютерах образуют процессор ЭВМ. Процессор, который состоит из одной или нескольких больших интегральных схем называется микропроцессором или микропроцессорным комплектом.

Процессор – функциональная часть ЭВМ, выполняющая основные операции по обработке данных и управлению работой других блоков. Процессор является преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств.

Запоминающие устройства обеспечивают хранение исходных и промежуточных данных, результатов вычислений, а также программ. Они включают: оперативные (ОЗУ), сверхоперативные СОЗУ), постоянные (ПЗУ) и внешние (ВЗУ) запоминающие устройства.

Оперативные ЗУ хранят информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время (резидентная часть операционной системы, прикладная программа, обрабатываемые данные). В СОЗУ хранится наиболее часто используемые процессором данные. Только та информация, которая хранится в СОЗУ и ОЗУ, непосредственно доступна процессору.

Внешние запоминающие устройства (накопители на магнитных дисках, например, жесткий диск или винчестер) с емкостью намного больше, чем ОЗУ, но с существенно более медленным доступом, используются для длительного хранения больших объемов информации. Например, операционная система (ОС) хранится на жестком диске, но при запуске компьютера резидентная часть ОС загружается в ОЗУ и находится там до завершения сеанса работы ПК.

ПЗУ (постоянные запоминающие устройства) и ППЗУ (перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства) предназначены для постоянного хранения информации, которая записывается туда при ее изготовлении, например, ППЗУ для BIOS.

В качестве устройства ввода информации служит, например, клавиатура. В качестве устройства вывода – дисплей, принтер и т.д.
В построенной по схеме фон Неймана ЭВМ происходит последовательное считывание команд из памяти и их выполнение. Номер (адрес) очередной ячейки памяти, из которой будет извлечена следующая команда программы, указывается специальным устройством – счетчиком команд в устройстве управления.

 

,3.

Принципы фон-Неймана.

Принцип двоичного кодирования. Для представления данных и команд используется двоичная система счисления. Преимущество перед десятичной системой счисления заключается в том, что устройства можно делать достаточно простыми, арифметические и логические операции в двоичной системе счисления также выполняются достаточно просто.
Принцип однородности памяти. Как программы (команды), так и данные хранятся в одной и той же памяти (и кодируются в одной и той же системе счисления — чаще всего двоичной). Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.
Принцип адресуемости памяти. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
Принцип последовательного программного управления. Все команды располагаются в памяти и выполняются последовательно, одна после завершения другой.
Принцип условного перехода. Команды из программы не всегда выполняются одна за другой. Возможно присутствие в программе команд условного перехода, которые изменяют последовательность выполнения команд в зависимости от значений данных. (Сам принцип был сформулирован задолго до Джона фон Неймана Адой Лавлейс и Чарльзом Бэббиджем, однако он логически включен в фон-неймановский набор как дополняющий предыдущий принцип.)

 

Принципы фон-Неймана (перечислите). В чем состоит принцип программного управления обработкой информации? Пример.

 

Принципы фон-Неймара: Принцип однородности памяти, Принцип адресуемости памяти, Принцип последовательного программного управления, Принцип жесткости архитектуры.

Так же в некоторых источниках указывается принцип двоичного кодирования, но существовали машины, работающие с троичным и с десятичным кодом.

Принцип программного управления в цифровых вычислительных машинах реализуется с использованием операционно-адрес-ной организации процесса управления переработкой информации. При этом представляемая в ЦВМ информация рассматривается как множество слов и подразделяется на информацию об алгоритме - управляющие слова и на информационные слова, над которыми выполняются операции, предписываемые алгоритмом.

Принцип программного управления в цифровых вычислительных машинах состоит в следующем:

- информация кодируется в двоичной форме и разделяется на единицы (элементы) информации — слова;

- разнотипные слова информации различаются по способу использования, но не способами кодирования;

- слова информации размещаются в ячейках памяти машины и идентифицируются номерами ячеек, которые называются адресами слов;

- алгоритм представляется в форме последовательности управляющих слов — команд, которые определяют наименование операции и слова информации, участвующие в операции. Алгоритм, представленный в терминах машинных команд, называется программой;

- выполнение вычислений, предписанных алгоритмом, сводится к последовательному выполнению команд в порядке, однозначно определяемом программой. Первой выполняется команда, заданная пусковым адресом программы. Обычно это адрес первой команды программы. Адрес следующей команды однозначно определяется в процессе выполнения текущей команды и может быть либо адресом следующей по порядку команды, либо адресом любой другой команды. Процесс вычислений продолжается до тех пор, пока не будет выполнена команда, предписывающая прекращение вычислений.

Более кратко: Принцип программного управления компьютером сводится к следующим трем положениям:

1) любая работа выполняется компьютером по программе;

2) исполняемая программа находится в оперативной памяти;

3)программа выполняется автоматически.

Из википедии: Принцип последовательного программного управления предполагает, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

 

Основные характеристики ЭВМ

За время существования компьютеров было разработано несколько сотен моделей ЭВМ. Некоторые получили большое распространение и повлияли на развитие современной компьютерной техники, другие давно забыты. Но у всех этих машин был сходный перечень основных характеристик.
Общим и наиболее важными параметром для всех компьютеров является быстродействие. Оно часто измеряется в единицах, которые называются ФЛОПС – количество арифметических операций в секунду. Первые ЭВМ имели быстродействие в несколько сотен ФЛОПС, современные суперЭВМ достигают скорости в несколько десятков ТераФЛОПС. Единицы кратности:

МФЛОПС (МегаФЛОПС) - 1 миллион арифметических операций в секунду;
ГФЛОПС (ГигаФЛОПС) - 1 миллиард арифметических операций в секунду;
ТФЛОПС (ТераФЛОПС) - 1 триллион арифметических операций в секунду

Быстродействие ЭВМ определяется более частными техническими характеристиками основных узлов (процессора, ОЗУ, шин и т.д.).
На быстродействие компьютера непосредственным образом влияет процессор. Его характеристикой является тактовая частота. Любая операция процессора состоит из отдельных элементарных действий – тактов. Чем чаще следуют такты, тем быстрее будет выполнена операция, состоящая из фиксированного числа тактов. Тактовая частота определяется количеством импульсов в секунду и измеряется в Герцах (количество импульсов за 1 сек). Она имеет ту же кратность, что и ФЛОПС, т.е. МГц (МегаГерц), ГГц (ГигаГерц).
Еще одной характеристикой процессора является разрядность. Под разрядностью обычно понимают число одновременно обрабатываемых процессором битов. Первый процессор Intel-4004 имел разрядность 4 бита, сейчас современные персональные компьютеры оснащаются 64-битными процессорами.
В последних моделях процессоров появилась встоенная КЭШ - память, объем и структура которой сильно влияют на быстродействие ЭВМ.
Кроме процессора разрядность имеют и шины компьютера (шина данных и шина адреса). Разрядность шины данных влияет на длину обрабатываемых данных, а разрядность шины адреса определяет максимальный объем памяти, с которым способен работать процессор. Она может быть вычислена по формуле - 2 в степени R (R – разрядность шины адреса). Размер оперативной памяти (ОЗУ) так же влияет на быстродействие компьютера. Память измеряется в байтах (единицы кратности: Мбайт, Гбайт, Тбайт). Первые персональные ЭВМ имели до 64 Кбайт ОЗУ, сейчас эта величина колеблется от сотен Мбайт в недорогих машинах до десятков Тбайт в суперЭВМ.
Для долговременного хранения необходимой компьютеру информации оперативная память не подходит. Здесь нужна более объемная внешняя память (ВЗУ), способная сохранять информацию при отключенном электропитании. В характеристику ЭВМ входят основные параметры ВЗУ- тип, время доступа и емкость. Для персональных компьютеров объем внешней памяти сейчас составляет десятки и сотни Гбайт, а для суперЭВМ - десятки и сотни Тбайт.
Сравнение по быстродействию различных типов ЭВМ, не обеспечивает достоверных оценок. Очень часто вместо характеристики быстродействия используют связанную с ней производительность. Производительность это объем работы, осуществляемой ЭВМ в единицу времени. В целом оценка производительности ЭВМ является сложной задачей. На производительность ЭВМ оказывает влияние очень много факторов: тип задачи, число тех или иных операций при ее выполнении, стиль управления и др. Поэтому производительность ЭВМ оценивается по выполнению смеси команд, формируемых путем анализа частоты использования разного рода команд при решении достаточно широкого класса задач. На основании такого анализа каждой команде присваивают определенный весовой коэффициент. В настоящее время наиболее признанной является смесь Гибсона. Применяются также относительные характеристики производительности. Фирма Intel для оценки процессоров предложила тест, получивший название индекс iCOMP (Intel Comparative Micro