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

21 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

30261. Второй этап формирования литературоведческой науки: средневековье, схоластический 28 KB
  Для схоластики характерно использование философского мето да. Од нако такая общая оценка средневековой схоластики была бы оши бочной. Общая оценка схоластики часто испытывала влияние критики со стороны гуманизма и Реформации. Появлению и развитию схоластики в первую очередь способствовали два фактора: обновление церкви которое среди прочего выражалось в реформе монашества движение Клюни а также усилившаяся к тому времени взаимосвязь между философским образованием и богословием.
30262. Филология как наука. Вспомогательные литературоведческие дисциплины 25 KB
  Аристотель был первым кто попытался их систематизировать в своей книге первый дал теорию жанров и теорию родов литературы эпос драма лирика. Современное литературоведение состоит из: теории литературы истории литературы литературной критики. Теория литературы изучает общие закономерности литературного процесса литературу как форму общественного сознания литературные произведения как единое целое специфику взаимоотношений автора произведения и читателя. Теория литературы взаимодействует с другими литературоведческими дисциплинами а...
30263. Понятие об уровнях текста 23.5 KB
  Первый верхний уровень идейнообразный. Второй уровень средний стилистический. Третий уровень нижний фонический звуковой. Нижний звуковой уровень мы воспринимаем слухом: чтобы уловить в стихотворении хореический ритм или аллитерацию на р нет даже надобности знать язык на котором оно написано это и так слышно.
30264. Языковой уровень текста. Лингвистический анализ художественного текста 26 KB
  Языковой уровень текста. Лингвистический анализ художественного текста Лингвистический анализ текста как искусство постижения многогранности слова и проникновения в духовный мир произведения Изучение литературы нельзя считать процессом направленным только на получение специфических знаний воспитание души и расширение читательского кругозора – это прежде всего проникновение в глубины и восхождение к высотам Языка – “одного из самых великих творений человечестваâ€. Лингвистический анализ художественного текста – это фундамент его...
30265. Образный уровень текста. Поэтическая лексика, её художественные функции 23 KB
  Поэтическая лексика её художественные функции Слова образность образный используются в стилистике в разных значениях. Образность в широком смысле этого слова как живость наглядность красочность изображения неотъемлемый признак всякого вида искусства форма осознания действительности с позиций какогото эстетического идеала образность речи частное ее проявление. Стилистика рассматривает образность речи как особую стилевую черту которая получает наиболее полное выражение в языке художественной литературы.
30266. Характерологический уровень текста. Способы психологической характеристики персонажа: портретная, речевая характеристика 23.5 KB
  Способы психологической характеристики персонажа: портретная речевая характеристика ПОРТРЕТ в литературе описание внешнего облика персонажа лица фигуры мимики одежды один из способов его характеристики. Место портрета в произведении равно как и способы его создания менялось. В фольклоре в античной и средневековой литературе где индивидуальное начало было выражено довольно слабо портретные характеристики либо вовсе отсутствовали либо сводились к предельно обобщённым описаниям и устойчивым эпитетам которые прямо соответствовали...
30267. Характерологический уровень текста. Способы психологической характеристики персонажа: характеристика через биографию, через художественную деталь, через точку зрения других персонажей и др 23 KB
  Образ героя художественного произведения складывается из множества факторов – это и характер и внешность и профессия и увлечения и круг знакомств и отношение к себе и окружающим. Один из главных – речь персонажа в полной мере раскрывающая и внутренний мир и образ жизни.Характеризующая чтобы лучше раскрыть образ героя его индивидуальность подчеркнуть какието черты характера или принадлежность к определенной группе профессиональной этнической социальной особенности воспитания.Выделительная чтобы сделать образ запоминающимся...
30268. Сюжетно-композиционный уровень текста. Сюжет. Мотив. Фабула 35.5 KB
  Сюжет. Фабула Сюжет то что происходит в произведении; система основных событий и конфликтов система событий художественного произведения раскрывающая характеры героев и способствующая наиболее полному выражению идейного содержания. Система событий единство развивающееся во времени а движущей силой сюжета является конфликт. Сюжет может излагаться: в прямой хронологической последовательности событий; с отступлениями в прошлое ретроспективами и экскурсами в будущее; в преднамеренно измененной последовательности.
30269. Пространственно-временной уровень текста. Способы организации художественного пространства 24.5 KB
  Понятие о хронотопе М. Виды хронотопов: Пространственновременная организация литературного произведения хронотоп. Под хронотопом М. По Бахтину хронотоп в первую очередь принадлежность романа.