64553

Понятие архитектуры вычислительной системы

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

В общем случае когда говорят об архитектуре фон Неймана подразумевают физическое отделение процессорного модуля от устройств хранения программ и данных. В настоящее время фоннеймановской архитектурой называется организация ЭВМ при которой вычислительная машина состоит из...

Русский

2014-07-08

50.86 KB

25 чел.

Понятие архитектуры вычислительной системы

 Вычислительная машина – это комплекс технических и программных средств, предназначенных для автоматизации подготовки и решения задач пользователя.

 Вычислительная система – это совокупность взаимосвязанных и взаимосоединенных процессоров или вычислительных машин, периферийного оборудования и программного обеспечения для решения задач пользователя.

 Основной отличительной чертой вычислительных систем является наличие в них средств, реализующих параллельную обработку за счет построения параллельных ветвей вычисления, что как правило не предусматривается в вычислительных машинах.

 Очевидно, что различия между вычислительными машинами и вычислительными системами не могут быть точно определены (вычислительные машины даже с одним процессором обладает разными средствами распараллеливания, а вычислительные системы могут состоять из традиционных вычислительных машин или процессоров).

 Архитектура ВС – совокупность характеристик и параметров, определяющих функционально-логичную и структурно-организованную систему и затрагивающих в основном уровень параллельно работающих вычислителей. Понятие архитектуры охватывает общие принципы построения и функционирования, наиболее существенные для пользователя.

Архитектура фон Неймана

Архитектура фон Неймана — широко известный принцип совместного хранения программ и данных в памяти компьютера. Вычислительные системы такого рода часто обозначают термином «машина фон Неймана», однако, соответствие этих понятий не всегда однозначно. В общем случае, когда говорят об архитектуре фон Неймана, подразумевают физическое отделение процессорного модуля от устройств хранения программ и данных.

Наличие заданного набора исполняемых команд и программ было характерной чертой первых компьютерных систем. Сегодня подобный дизайн применяют с целью упрощения конструкции вычислительного устройства. Так, настольные калькуляторы, в принципе, являются устройствами с фиксированным набором выполняемых программ. Их можно использовать для математических расчётов, но невозможно применить для обработки текста и компьютерных игр, для просмотра графических изображений или видео. Изменение встроенной программы для такого рода устройств требует практически полной их переделки, и в большинстве случаев невозможно. Впрочем, перепрограммирование ранних компьютерных систем всё-таки выполнялось, однако требовало огромного объёма ручной работы по подготовке новой документации, перекоммутации и перестройки блоков и устройств и т. п. Всё изменила идея хранения компьютерных программ в общей памяти. Ко времени её появления использование архитектур, основанных на наборах исполняемых инструкций, и представление вычислительного процесса как процесса выполнения инструкций, записанных в программе, чрезвычайно увеличило гибкость вычислительных систем в плане обработки данных. Один и тот же подход к рассмотрению данных и инструкций сделал лёгкой задачу изменения самих программ.

В настоящее время фон-неймановской архитектурой называется организация ЭВМ, при которой вычислительная машина состоит из двух основных частей — линейно-адресуемой памяти, слова которой хранят команды и элементы данных, и процессора, выполняющего эти команды. В основе модели вычислений фон Неймана лежат принцип последовательной передачи управления (счётчик команд) и концепция переменной (идентификатор).

Принципы фон Неймана

В 1946 году Д. фон Нейман, Г. Голдстайн и А. Беркс в своей совместной статье изложили новые принципы построения и функционирования ЭВМ. В последствие на основе этих принципов производились первые два поколения компьютеров. В более поздних поколениях происходили некоторые изменения, хотя принципы Неймана актуальны и сегодня.

По сути, Нейману удалось обобщить научные разработки и открытия многих других ученых и сформулировать на их основе принципиально новое.

1. Использование двоичной системы счисления в вычислительных машинах. 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.

2. Программное управление ЭВМ. Работа ЭВМ контролируется программой, состоящей из набора команд. Команды выполняются последовательно друг за другом. Созданием машины с хранимой в памяти программой было положено начало тому, что мы сегодня называем программированием.

3. Память компьютера используется не только для хранения данных, но и программ. При этом и команды программы и данные кодируются в двоичной системе счисления, т.е. их способ записи одинаков. Поэтому в определенных ситуациях над командами можно выполнять те же действия, что и над данными.

4. Ячейки памяти ЭВМ имеют адреса, которые последовательно пронумерованы. В любой момент можно обратиться к любой ячейке памяти по ее адресу. Этот принцип открыл возможность использовать переменные в программировании.

5. Возможность условного перехода в процессе выполнения программы. Не смотря на то, что команды выполняются последовательно, в программах можно реализовать возможность перехода к любому участку кода.

Самым главным следствием этих принципов можно назвать то, что теперь программа уже не была постоянной частью машины (как например, у калькулятора). Программу стало возможно легко изменить. А вот аппаратура, конечно же, остается неизменной, и очень простой.

Для сравнения, программа компьютера ENIAC (где не было хранимой в памяти программы) определялась специальными перемычками на панели. Чтобы перепрограммировать машину (установить перемычки по-другому) мог потребоваться далеко не один день. И хотя программы для современных компьютеров могут писаться годы, однако они работают на миллионах компьютеров после несколько минутной установки на жесткий диск.

В основу построения большинства ЭВМ положены принципы, сформулированные в 1945 г. Джоном фон Нейманом:

1. Принцип программного управления (прога состоит из набора команд, кот. выполняются процессором автоматически друг за другом в заданной послед-ти).

2. Принцип однородности памяти (проги и данные хранятся в одной и той же памяти; над командами м. выполнять такие же действия, как и над данными).

3. Принцип адресности (основная память структурно состоит из пронумерованных ячеек).

ЭВМ, построенные на этих принципах, имеют классич архитектуру (архитектуру фон Неймана).

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

64321. ПОЛІПШЕННЯ ГАЛЬМІВНИХ ХАРАКТЕРИСТИК РУХОМОГО СКЛАДУ ЗАЛІЗНИЦЬ ЗА РАХУНОК ПРИМУСОВОГО ОХОЛОДЖЕННЯ РОБОЧИХ ЕЛЕМЕНТІВ ДИСКОВОГО ГАЛЬМА 1.29 MB
  Зростання швидкості руху потягів на залізниці призвело до загострення проблеми гальмування рухомого складу що пояснюється значним збільшенням кінетичної енергії яка при гальмуванні впливає на підвищення температури фрикційних елементів гальма.
64322. ПЕРЕТРАВНІСТЬ КОРМУ, ОБМІН РЕЧОВИН І ПРОДУКТИВНІ ЯКОСТІ МОЛОДНЯКУ МЯСНИХ КАЧОК ЗА РІЗНИХ РІВНІВ ЕНЕРГІЇ, ПРОТЕЇНУ ТА ЛІЗИНУ В КОМБІКОРМАХ 234.5 KB
  Продуктивність сільськогосподарської птиці та якість одержуваної продукції значною мірою визначаються рівнем обмінної енергії і протеїну в комбікормах. Досягають високої продуктивності качок за рахунок достатньої кількості протеїну в комбікормах...
64323. УДОСКОНАЛЕННЯ МЕТОДІВ КОРЕКЦІЇ В ІНТЕГРОВАНІЙ НАВІГАЦІЙНІЙ СИСТЕМІ ЛІТАЛЬНИХ АПАРАТІВ 967 KB
  Проблемі спостережуваності інструментальних похибок ІП гіроскопів ГС й акселерометрів АК приділяється значна увага в спеціальній літературі. Особисто здобувачем який був співвиконавцем робіт у межах зазначених тем було поставлено і вирішено задачу виставки безплатформної...
64324. Оптимізація владно-управлінських відносин в умовах реформування політичної системи в Україні 164 KB
  Актуальність теми дисертаційного дослідження зумовлена потребою комплексного аналізу та пошуку механізмів вирішення однієї з важливих проблем вітчизняної теорії й практики державного управління – оптимізації та раціоналізації системи...
64325. СИНТЕЗ СИСТЕМ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛІННЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДАМИ НА ОСНОВІ АНАЛІТИЧНИХ МОДЕЛЕЙ НЕЛІНІЙНОГО НАВАНТАЖЕННЯ 327 KB
  Підвищення точності роботи електромеханічних систем управління стримується недосконалістю механічних передач від виконавчого двигуна до робочого механізму. Це, насамперед, проявляється при розширенні смуги пропускання робочих частот швидкості системи...
64326. СУЧАСНИЙ МОЛОДІЖНИЙ РУХ В УКРАЇНІ (1980-ті – 2008 рр.): ІСТОРІОГРАФІЯ 190 KB
  Важливим чинником сучасного молодіжного руху стала взаємодія його з політичними партіями. Проте стереотипи радянських часів щодо оцінки ролі молодіжних обєднань у суспільнополітичному житті країни залишаються популярними і досі що є завадою для дієвого впливу молодіжного руху на розвиток України.
64327. МЕХАНІЗМИ ДЕРЖАВНОГО РЕГУЛЮВАННЯ ПРИВАТНОГО СЕКТОРА В ГАЛУЗІ ОХОРОНИ ЗДОРОВ’Я УКРАЇНИ 195 KB
  Охорона здоров’я є однією з найважливіших сфер життєдіяльності суспільства. Основою розвитку системи охорони здоров’я України є загальноприйняті стратегічні пріоритети з баченням кінцевих результатів, а саме: опанування ринкових відносин у галузі та трансформація потенціалу охорони здоров’я...
64328. ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ І РЕЖИМІВ РОБОТИ УСТАНОВКИ ДЛЯ КАЛІБРУВАННЯ НАСІННЯ ПЛОДОВИХ КІСТОЧКОВИХ КУЛЬТУР 2.79 MB
  У звязку з цим розробка установки для калібрування насіння плодових кісточкових культур є актуальною. Обґрунтувати конструктивно технологічну схему установки для калібрування насіння плодових кісточкових культур...
64329. СТВОРЕННЯ ВИХІДНОГО МАТЕРІАЛУ ДЛЯ СЕЛЕКЦІЇ КОНЮШИНИ ЛУЧНОЇ В УМОВАХ ПЕРЕДКАРПАТТЯ 405 KB
  Розширення площ посівів конюшини лучної в цій зоні повинно стати важливим завданням сільськогосподарського виробництва. Підвищення ефективності конюшиносіяння можливе насамперед за рахунок поліпшення селекційної роботи та чіткої організації насінництва конюшини...