Структура и характеристики ЭВМ

 

 

 

 

Структура и характеристики ЭВМ

 

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

 

© МЦИТ ГУАП 2008

 

Электронная вычислительная машина —

это комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач пользователей.

Структура — совокупность элементов и их связей:

• структура технических средств,
• структура программных средств,
• структура аппаратно-программных средств.

Архитектура ЭВМ  — это многоуровневая иерархия аппаратно-программных средств, из которых строится ЭВМ

 

 

 

 

Структура и характеристики ЭВМ

 

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

 

© МЦИТ ГУАП 2008

 

Характеристики ЭВМ с точки зрения человеко-машинного интерфейса

Технические и эксплуатационные характеристики ЭВМ 

(быстродействие и производительность, показатели надежности, достоверности, точности, емкость оперативной и внешней памяти, габаритные размеры, стоимость технических и  программных средств, особенности эксплуатации и  др.)

Характеристики и состав функциональных модулей базовой конфигурации ЭВМ 

(возможность расширения состава технических и программных средств; возможность изменения структуры)

Состав программного обеспечения ЭВМ  
и сервисных услуг

(операционная система или среда, пакеты прикладных программ, средства автоматизации программирования)

 

 

 

 

Структура и характеристики ЭВМ

 

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

 

© МЦИТ ГУАП 2008

 

Быстродействие — 

число определенного типа команд, выполняемых ЭВМ за одну секунду.

Производительность — 

это объем работ (например, число стандартных программ), выполняемый ЭВМ в единицу времени

 

 

 

 

Структура и характеристики ЭВМ

 

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

 

© МЦИТ ГУАП 2008

 

Единица измерения быстродействия 

MIPS Million Instructions Per  Second —  
миллион операций в секунду. Обычно рассматриваются наиболее короткие операции типа сложения

Для оценки современных ЭВМ применяется достаточно редко по следующим причинам:

• набор команд современных микропроцессоров может включать сотни команд, сильно отличающихся друг от друга длительностью выполнения
• значение, выраженное в MIPS, меняется в зависимости от особенностей программ

 

 

 

 

Структура и характеристики ЭВМ

 

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

 

© МЦИТ ГУАП 2008

 

Единица измерения быстродействия 

MFPOPS Million Floating Point  Operations Per Second — миллион операций с плавающей точкой в секунду

Для персональных ЭВМ этот показатель практически не применяется из-за особенностей решаемых задач и структурных характеристик ЭВМ

 

 

 

 

Структура и характеристики ЭВМ

 

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

 

© МЦИТ ГУАП 2008

 

Тестовые наборы для комплексных оценок производительности:

• наборы тестов фирм-изготовителей для оценивания качества собственных изделий
• стандартные универсальные тесты для ЭВМ, предназначенных для крупномасштабных вычислений
• специализированные тесты для конкретных областей применения компьютеров

 

 

 

 

Структура и характеристики ЭВМ

 

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

 

© МЦИТ ГУАП 2008

 

Емкость запоминающих устройств  — 

количество структурных единиц информации, которые одновременно можно разместить в памяти

 

 

 

 

Структура и характеристики ЭВМ

 

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

 

© МЦИТ ГУАП 2008

 

Бит — 

одна двоичная цифра, наименьшая структурная единица информации

1 бит (binary digit –  двоичное число) = 0 или 1, 

1 байт = 8 бит, 

1 килобайт (1К) = 2¹³ бит = 2¹⁰ байт ,

1 мегабайт (1М) = 2²³бит = 2¹⁰ Кбайт = 2²⁰ байт ,

1 гигабайт (1Г) = 2³³ бит = 2¹⁰ Мбайт ,

1 терабайт (1Т) = 2⁴³ бит = = 2¹⁰ Гбайт ,

1 петабайт (1П) = 2⁵³ бит,

1 эксабайт (1Э) = 2⁶³ бит.

 

 

 

 

 

Структура и характеристики ЭВМ

 

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

 

© МЦИТ ГУАП 2008

 

Емкость оперативной памяти — для ПЭВМ

в 2004 году – 128-256 Мб 

в 2006 году – 256-512 Мб

Емкость внешней памяти

• флоп (1.44Мб)
• винчестер (40Гб - 120Гб)
• CD (DVD) (600Мб - 18Гб)

 

 

 

 

Структура и характеристики ЭВМ

 

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

 

© МЦИТ ГУАП 2008

 

Надежность —

это способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного времени  
(стандарт ISO - 2382/14-78  
(Международная организация стандартов))

 

 

 

 

Структура и характеристики ЭВМ

 

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

 

© МЦИТ ГУАП 2008

 

Точность —

возможность различать почти равные значения (стандарт ISO — 2382/2-76).

Точность получения результатов обработки в основном определяется разрядностью ЭВМ, которая в зависимости от класса ЭВМ может составлять 32, 64 и 128 двоичных разрядов.

 

 

 

 

Структура и характеристики ЭВМ

 

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

 

© МЦИТ ГУАП 2008

 

Достоверность —

свойство информации быть правильно воспринятой.

Достоверность характеризуется вероятностью получения безошибочных результатов.

 

 

 

 

Общие принципы построения ЭВМ

 

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

 

© МЦИТ ГУАП 2008

 

Основным принципом  
построения всех современных ЭВМ является

программное управление

 

В основе его лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений

 

 

 

 

Общие принципы построения ЭВМ

 

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

 

© МЦИТ ГУАП 2008

 

Алгоритм — 

конечный набор предписаний, определяющий решение задачи посредством конечного количества операций

 

 

 

 

Общие принципы построения ЭВМ

 

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

 

© МЦИТ ГУАП 2008

 

Программа для ЭВМ — 

упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке 
(стандарт ISO 2382/1-84 г.)

 

 

 

 

Общие принципы построения ЭВМ

 

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

 

© МЦИТ ГУАП 2008

 

Принцип программного управления, 
описанный Дж. фон Нейманом

Все вычисления, предписанные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов — команд.

Каждая команда содержит указания на конкретную выполняемую операцию, местонахождение (адреса) операндов и ряд служебных признаков.

 

 

 

 

Общие принципы построения ЭВМ

 

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

 

© МЦИТ ГУАП 2008

 

Фон-неймановская архитектура компьютеров содержит пять компонент:

• Арифметико-логическое устройство (АЛУ)
• Устройство управления
• Память
• Устройство ввода информации
• Устройство вывода информации

(Подавляющее большинство современных компьютеров).

 

 

 

 

Общие принципы построения ЭВМ

 

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

 

© МЦИТ ГУАП 2008

 

Операнды — 

переменные, значения которых участвуют в операциях преобразования данных

 

Список (массив) всех переменных 
(входных данных, промежуточных значений и результатов вычислений) —

неотъемлемый элемент любой программы

 

 

 

 

Общие принципы построения ЭВМ

 

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

 

© МЦИТ ГУАП 2008

 

Для доступа к программам, командам и операндам используются их адреса.

В качестве адресов выступают номера ячеек памяти ЭВМ, предназначенных для хранения объектов

 

 

 

 

Общие принципы построения ЭВМ

 

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

 

© МЦИТ ГУАП 2008

 

Структурные единицы информации ЭВМ

 

Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл,

представлена полем.

Последовательность, состоящая из определенного, принятого для данной ЭВМ числа байтов,

называется словом

 

 

 

 

Общие принципы построения ЭВМ

 

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

 

© МЦИТ ГУАП 2008

 

Структурные единицы информации ЭВМ

самая малая структурная единица — бит

последовательность битов —  поле

поле длинной 8 бит —   байт

последовательность байтов (2, 4, 8) —  слово (особенность слова как структурной единицы в том, что оно записывается в ОЗУ и считывается из него за один цикл)

последовательность слов  
одинакового смысла —    массив

 

Файл — это имеющий имя информационный массив (программа, данные, текст и т.п.), размещаемый во внешней памяти  
и рассматриваемый как неделимый объект  
при пересылках и обработке.

 

 

 

 

Общие принципы построения ЭВМ

 

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

 

© МЦИТ ГУАП 2008

 

Децентрализация построения и управления вызвала к жизни также элементы, которые являются общим стандартом структур современных ЭВМ:

• модульность построения
• магистральность
• иерархия управления

 

 

 

 

Общие принципы построения ЭВМ

 

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

 

© МЦИТ ГУАП 2008

 

Модульная конструкция ЭВМ — 

делает ее открытой системой, способной  
к адаптации и совершенствованию

 

 

 

 

Общие принципы построения ЭВМ

 

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

 

© МЦИТ ГУАП 2008

 

Модульность структуры ЭВМ

требует стандартизации и унификации оборудования, номенклатуры технических и программных средств, средств сопряжения — интерфейсов, конструктивных решений, унификации типовых элементов замены, элементной базы и нормативно-технической документации

 

 

 

 

Общие принципы построения ЭВМ

 

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

 

© МЦИТ ГУАП 2008

 

В современных ЭВМ 

принцип децентрализации и параллельной работы распространен как на периферийные устройства, так и на сами ЭВМ (процессоры).

 

 

 

 

Общие принципы построения ЭВМ

 

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

 

© МЦИТ ГУАП 2008

 

Все существующие типы ЭВМ выпускаются семействами, в которых различают старшие и младшие модели.

Информационная, аппаратная и программная совместимость

 

 

 

 

Общие принципы построения ЭВМ