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

67945. Серодиагностика брюшного тифа, паратифов А и В. Сальмонеллы – возбудители острых гастроэнтеритов 100 KB
  Цель: Освоение методов микробиологической диагностики сальмонеллезов и серологической диагностики брюшного тифа и паратифов А и В. Серодиагностика брюшного тифа паратифов А и В. Серологическая диагностика брюшного тифа и паратифов А и В.
67946. Методы микробиологической диагностики дизентерии 98 KB
  Цель: Изучение методов микробиологической диагностики этиотропной терапии и профилактики шигеллезов. Актуальность темы: Шигеллезы распространены повсеместно и представляют серьезную проблему в странах с низким санитарным культурным уровнем и большой частотой случаев недостаточного и некачественного питания.
67947. Методы микробиологической диагностики холеры 92.5 KB
  Возбудителями холеры острого инфекционного заболевания с тенденцией к широкому распространению характеризующегося симптомами тяжелого гастроэнтерита с резким обезвоживанием и тяжелой интоксикацией являются два биовара Vibrio cholere: биовар cholere и биовар eltor.
67948. Микробиологическая диагностика дифтерии 66.5 KB
  Corynebacterium diphteriae (палочка Клебса Леффлера) - возбудитель дифтерии – острого инфекционного заболевания воздухоносных путей и кожных покровов, характеризующегося образованием фибринозных пленок и общей интоксикацией. Возбудитель дифтерии - Corynebacterium принадлежит к семейству Corynebacteriaceae.
67949. Микробиологическая диагностика туберкулёза 82.5 KB
  Конкретные цели: Изучить морфологию и культуральные особенности возбудителя туберкулеза. Знать какие возбудители туберкулеза являются патогенными для человека. Изучить пути передачи туберкулеза и его патогенез. Ознакомиться с методами лабораторной диагностики туберкулеза.
67950. Микробиологическая диагностика анаэробной инфекции 151 KB
  Цель: Изучение методов микробиологической диагностики терапии и профилактики столбняка ботулизма и газовой гангрены. Актуальность темы: Возбудитель ботулизма Ботулизм инфекционная болезнь характеризующаяся интоксикацией организма с преимущественным поражением ЦНС возникающее в результате...
67951. Микробиологическая диагностика чумы и туляремии 89.5 KB
  Чума (от лат. pestis) - высококонтагиозная инфекционная болезнь, вызываемая Yersinia pestis, характеризующаяся тяжелой интоксикацией, высокой лихорадкой, поражением лимфатической системы, септицемией. Возбудитель чумы открыт в 1894г. А. Йерсеном и С. Китасато.
67952. Микробиологическая диагностика бруцеллеза и сибирской язвы 103 KB
  Цель: Изучение методов микробиологической диагностики терапии и профилактики бруцеллеза и сибирской язвы. Тема 5: Микробиологическая диагностика бруцеллеза и сибирской язвы. Возбудитель сибирской язвы Сибирская язва nthrx зоонозная инфекционная болезнь вызываемая Bcillus nthrcis...
67953. Джерела ключів асиметричних криптосистем та їх властивості 95.28 KB
  У стовпці 1 наведено число бітів ключа для блочного симетричного шифру. У стовпці 2 подано алгоритми симетричних криптографічних перетворень. У стовпці 3 поданий мінімальний розмір параметрів для крипто перетворень(стандартів0, що ґрунтуються на перетвореннях у кінцевих полях.