Основные характеристики ЭВМ. Классификация средств электронной вычислительной техники

    АЛУ выполняет арифметические и логические операции над данными. Основной частью АЛУ является операционный автомат в состав которого входят: сумматоры, счётчики, регистры, логические преобразователи и др. АЛУ каждый раз перенастраивается с выполнением очередной операции. 

3.В зависимости  от места нахождения источника  прерываний, они могут быть разделены  на внутренние (программные и  аппаратурные) и внешние прерывания ((поступающие в ЭВМ от внешних  источников) от принтера или модема). 

15.

4.При возникновении  события требующей немедленной  реакции со стороны машины ЦП прекращает обработку текущей программы  и переходит к выполнению отложенной программы. Такой режим работы называется прерыванием. Каждое событие требующее прерывание сопровождается специальными сигналами, которые называются запросом прерывания, программы затребованная запросом прерывания называется обработчиком прерывания. Запросы не прерывания могут возникать из-за сбоев в аппаратуре (зафиксированных схемами контроля переполнения разрядной сетки, деления на ноль, выхода за установленные для данной программы области памяти затребованные периферийными устройствами, операции ввода/вывода, завершение этой операции ввода/вывода, или возникновение при этой операции особых условий и т.д.

5.Персональные  ЭВМ IBM PC может выполнять 256 различных прерываний, каждая  которых имеет свой номер – двухразрядное шестнадцатеричное число. Все прерывания делятся на 2 группы. Прерывания с номера 00h по номер 1Fh называются прерываниями базовой системы ввода/вывода. Прерывания с номера 20h по номер FFh называется прерыванием DOS. Прерывания DOS имеет более высокий уровень организации, чем прерывания BIOS они строятся на использовании модулей BIOS в качестве элементов. 
 
 
 
 
 

Система команд микропроцессора

1. Команды пересылки  данных (4 группы)

1.1 Команды пересылки  данных внутри МП (MOV, PUSH, POP, XCHNG)

1.2 Команды ввода/вывода  in/out.

1.3 Операции с  флагами.

1.4 Операции с  адресами.

2 . Арифметические  команды.

2.1 Основные (+,-,*,/)

2.2 Дополнительные.

3. Логические  команды.

3.1 Сдвиг, Дизъюнкция, конъюнкция, отрицание равнозначности  и др.

4. Команды обработки  строковых данных (пересылке, сравнение,  сканирование, слияние/разделение и др.)

5. Команды передачи  управления (безусловный переход, условный переход, прерывания, переход с возвратом).

1. Команды управления (“нет операций”, “внутренняя синхронизация”).

 
 

Классификация вычислительных систем

1.Закономерность  в процессе развития ЭВМ.

2.Термин вычислительная  система.

3.Основные принципы построения закладываемые при создании вычислительной системы.

4.Структура вычислительной  системы.

5.Классификация  вычислительных систем. 

1.Развитие средств  электронной вычислительной техники  строго придерживалось к классической структуре ЭВМ (структуры  фон Неймана), основной на методах последовательных вычислений. Рост производительности и быстродействия.

Комплексное совершенствование  ЭВМ (электронно-конструкторная база, структурно аппаратурные решения, системно программный и пользовательский алгоритмический уровень, ощутимость пределов возможностей микроэлектроники.

2.Термин вычислительной  системы появился в начале  по середину 60-х годов при появлении ЭВМ III-го поколения. В это время знаменовалось переходом  на новую элементную базу интегральные схемы. Следователем этого явилось появление новых технических решений: разделение процессоров обработки информации и её ввода/вывода. Множественный доступ и коллективное  использование вычислительных ресурсов в пространстве и во времени. Появились сложные работы ЭВМ многопользовательской и многопрограммной обработки. Под вычислительной системой (ВС) будем понимать совокупность взаимодействующих и взаимосвязывающих процессов или ЭВМ периферийного оборудования и программного обеспечения предназначенного для подготовки и решения задач пользователей. Отличительная особенность вычислительной системы по отношению к ЭВМ является наличие нескольких вычислителей реализующих параллельную обработку. Создание вычислительной системы преследует следующие основные цели: повышение производительности системы за счёт ускорения процессов обработки данных, повышения достоверности и надёжность вычислений,  предоставленные пользователю дополнительных серверных услуг.

  Параллелизм в вычислениях значительной степени усложняет управление вычислительным процессом. Использование технических и программных ресурсов. Эти функции выполняет ОС вычислительной системы.

3.

1.Возможность  работы в разных работах.

2.Модульность  структуры технических и программных  средств, что позволяет совершенствовать и модернизировать вычислительность системы без коренных их переделок.

3.Унификация  и стандартизация технических  и программных решений.

4.Иерархия в  организации управления процессами.

5.Способ систем  к адаптации, к самонастройки  и к самоорганизации.

6.Обеспечение  необходимым сервисам при выполнении  вычислений.     

Многопроцессорная вычислительной системы

    Типичным представителем многопроцессорной системы с массовым параллелизмом (MPP) является суперкомпьютер nCUBE2, состоящий из мультипроцессора nCUBE2 и хост-компьютера, управляющего его работой. Мультипроцессор состоит из набора процессорных модулей (узлов), объединенных в гиперкубовую структуру. В такой структуре процессоры размещаются в вершинах N- мерного куба (гиперкуба), а коммуникационные каналы, соединяющие процессоры, расположены вдоль ребер гиперкуба. Общее число процессоров в гиперкубе размерности N равно 2^N. На Рис. 3 приведены гиперкубовые структуры для различного числа процессоров.              Гиперкубовая архитектура является одной из наиболее эффективных топологий соединения вычислительных узлов. Основным показателем эффективности топологии многопроцессорной системы является количество шагов, требуемое для пересылки данных между двумя наиболее удаленными друг от друга процессорами. В гиперкубовой архитектуре максимальное расстояние (число шагов) между узлами равно размерности гиперкуба. Например, в системе с 64 процессорами сообщение всегда достигнет адресата не более, чем за 6 шагов. Для сравнения заметим, что в системе с топологией двумерной сетки для передачи данных между наиболее удаленными процессорами требуется 14 шагов. Кроме того, при увеличении количества процессоров в два раза, максимальное расстояние между процессорами увеличивается всего на 1. Совершенно очевидно, что для образования такой архитектуры на вычислительных узлах необходимо иметь достаточное количество коммуникационных каналов. В процессорных модулях nCUBE2 имеется 13 таких каналов, что позволяет собирать системы, состоящие из 8192 процессоров.

    Физическая нумерация процессоров построена таким образом, что номера соседних узлов в двоичной записи отличаются только одним битом. Номер этого бита однозначно определяет номер коммуникационного канала, соединяющего эти процессоры. Это позволяет эффективно реализовать аппаратные коммутации между любой парой процессоров. Подкубом в гиперкубовой архитектуре называют подмножество узлов, которые, в свою очередь, образуют гиперкуб меньшей размерности. Каждый узел в массиве процессоров nCUBE2 состоит из 64-битного центрального процессора, коммуникационного процессора и оперативной памяти. Коммуникационный процессор отвечает за пересылку данных между узлами, освобождая центральный процессор от выполнения рутинных операций по приему, отправке и маршрутизации потока данных. Ниже приведены технические характеристики вычислительного комплекса nCUBE2, установленного в РГУ:

Доступ  к вычислительным ресурсам nCUBE2 получают пользователи, зарегистрированные на хост-компьютере, роль которого выполняет рабочая станция SGI 4D/35 (Silicon Graphics), работающая под управлением операционной системы IRIX 4.0.5. С помощью хост-компьютера выполняется начальная инициализация системы, ее тестирование и подготовка программ для их выполнения на nCUBE2. В программное обеспечение хост-компьютера входит серверная программа, позволяющая организовать прямой доступ к вычислительным ресурсам nCUBE2 с хост-компьютеров второго уровня, в качестве которых могут выступать рабочие станции SUN. Для этого на них должно быть установлено программное обеспечение хост-компьютера.

На хост-компьютерах устанавливается среда параллельного программирования (Parallel Software Environment - PSE). PSE поставляется в трех вариантах: для операционных систем IRIX 4.0.5, SunOS и Solaris. 

Архитектура вычислительных систем.

1.Архитектура  вычислительных систем.

2.История появления  классификации ВС.

3.Четыре основные  архитектуры ВС:

  3.1.Архитектура  ОКОД.

  3.2.Архитектура  ОКМД.

  3.3.Архитектура  МКОД.

  3.4.Архитектура  МКМД. 

1.Совокупность  характеристик и параметров определяющих  функционально-логических и структурную организацию систем. Понятие архитектуры охватывает общие принципы построения и функционирования наиболее существенные для пользователя, в которой дольше интересует возможности систем, а не деталей их технического исполнения. 

Классификация ВС:

1.По назначению  ВС делятся на универсальные  и специализированные. Универсальные  ВС предназначаются для решения самых различных задач. Специализированные ВС ориентированы на решение узкого класса задач.

2.По типу ВС  различаются на многомашинные  и многопроцессорные ВС. Многомашинные ВС (ММС) появились исторически первыми. При использовании ЭВМ первых поколений возникали задачи повышения производительности, надёжности и достоверности вычислений.

3.По типу ЭВМ  или процессоров, используемых  для построения ВС, различают однородные и неоднородные системы. В однородных системах значительно упрощаются разработка и обслуживание технических и программных средств. В неоднородных ВС комплексуемые элементы очень сильно отличаются по своим техническим и функциональным характеристикам. Обычно это связано с необходимостью параллельного выполнения многофункциональной обработки.

4.По степени  территориальной разобщённости  вычислительных модулей ВС делят  на системы совмещённого (состредоточенного)  и распределённого (разобщённого) типов.

      Многопроцессорные системы относятся к системам совмещённого типа. Совмещённые и распределённые МВС сильно различаются оперативностью взаимодействия в зависимости от удалённости ЭВМ. 

5.По методам  управления элементами ВС различают  централизированные и со смешанным управлением. Помимо параллельных вычислений, производимых элементами системы, необходимо ресурсы на обеспечение управления этими вычислениями. В централизированных ВС за это отвечает главная, или диспечерская, ЭВМ (процессор). В децентрализированных системах  функции управления распределены между её элементами. В системах со смешанным управлением совмещаются процедуры централизированного и децентрализированного управления.

6.По принципу  закрепления вычислительных функций  за отдельными ЭВМ различают системы с жёстким и плавающим закреплением функций.

7.По режиму  работы ВС различают системы,  работающие в оперативном и  неоперативном временных режимах. 
 
 

ОКОД – включает все однопроцессорные и одномашинные варианты систем, т.е. С одним вычислением. Все ЭВМ классической структуры попадают в этот класс. Здесь параллелизм вычислений обеспечивается путём совмещения выполнения операций отдельными блоками АЛУ, а также параллельной работой устройств ввода-вывода информации и процессора. 

ОКМД – предполагает создание структур векторной или матричной обработки. Системы этого типа обычно строятся как однородные, т.е. процессорные элементы входящие в систему идентичны, и все они управляются одной и той же последовательностью команд. Однако, каждый процессор обрабатывает свой поток данных. Под эту схему хорошо подходят задачи обработки матриц или векторов (массивов, задачи решения систем линейных и нелинейных управлений алгебраического и дифференциальных уравнений, задачи  теории поля и др.)