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

54408. Модернізм як художньо-естетична система 225 KB
  МЕТА УРОКУ: активізувати і закріпити знання учнів набуті в попередні роки про літературні течії і напрямки у курсі української та зарубіжної літератури; зясувати причини появи філософські засади основні ознаки та етапи розвитку модернізму у мистецтві та літературі зарубіжній та українській; розкрити особливості основних напрямів і течій раннього модернізму; розвивати практичні навички аналізу символістських поезій та зразків імпресіонізму в українській та зарубіжній літературі; вміння спів ставляти різні напрями в літературі та...
54409. Modische Kleidung 217.5 KB
  Kinder! Das Thema der heutigen Stunde ist „Modische Kleidung“. Wisst ihr solhe Redensart „Kleider machen Leute“? Das ist ein deutsches Sprichwort. Meiner Meinung nach hat diese Redensart einen gleichen Sinn in allen Sprachen. Kinder, wie versteht ihr „Kleider machen Leute“? Beantwortet bitte lakonisch, schnell und deutlich.
54410. Материки Південної півкулі Австралія, Південна Америка і Антарктида 73.5 KB
  Мета: Дати учням установку на вивчення нової теми, познайомити з структурною моделлю модуля, з самостійною роботою по вивченню нового матеріалу,сприяти розвитку комунікативної компетентності. Дати учням загальну уяву про природу материків Південної півкулі: Австралія, Південна Америка, Антарктида.
54411. Підсумкова контрольна робота з математики тестового характеру 168 KB
  Мета оцінювання: Встановити відповідність рівня навчальних досягнень учнів 1 класу з математики за навчальний рік Програмовим вимогам.
54412. Основні закономірності спадковості та мінливості 274 KB
  Менделя виступаючи в ролі біографа. Але промова Менделя пролунала для сучасників як промова інопланетного прибульця. Лише в 1900 році знову відкрили закони Менделя. Менделя через 35 років після їі появи на світ та відкрив самого г.
54413. Лікарські рослини у житті людини. Збирання і заготівля лікарських рослин 79.5 KB
  Мета: розширити знання учнів про лікарські рослини їх значення в житті людини формувати в учнів вміння і навички збору лікарських рослин їх зберігання. Обладнання: таблиці; гербарні екземпляри різних лікарських рослин дидактичний матеріал книги: Травы дарующие здоровье лікарські трави. Основні терміни і поняття: лікарські рослини фармакологія хімікофармацевтична промисловість.
54414. ВИКОРИСТАННЯ МУЛЬТИМЕДІЙНИХ ЗАСОБІВ НАВЧАННЯ НА УРОКАХ ФІЗИКИ 946 KB
  Мета: навчити використанню операторів циклу при опрацюванні результатів лабораторної роботи Визначення модуля пружності гуми; розвити навики роботи у середовищі Turbo Pscl; виробляти вміння узагальнювати вивчений матеріал; виховувати в учнів уважність та відповідальність при виконанні завдань. Організаційний момент Викреслення мети основних завдань уроку ознайомлення з обладнанням необхідним для проведення лабораторної роботи та опрацювання результатів вимірювань. Виконання лабораторної роботи. Для виконання лабораторної...
54415. Модульное обучение на уроках химии 38.5 KB
  Она позволяет одновременно оптимизировать учебный процесс обеспечить его целостность в реализации целей обучения развития познавательной и личностной сферы учащихся. Данная технология основывается на самостоятельном добывании школьниками знаний в процессе работы с учебной научнопопулярной и справочной литературой в результате обучения. Важным достоинством данной технологии обучения является ее интеграционное качество ибо модуль как целостное единство содержания и технологии его изучения реализуется через комплекс технологий...
54416. Мохоподібні: будова, різноманітність, значення в природі та житті людини 1.32 MB
  Навчальна: ознайомити учнів з характерними рисами мохоподібних, особливостями розмноження, їхнім значенням у природі та господарстві людини. Розвиваюча: розвивати логічне та біологічне мислення, вміння працювати з дидактичним матеріалом, малюнками, схемами, таблицями, аналізувати спостереження та робити висновки. Виховна: сприяти формуванню основних уявлень про наукове пізнання світу, розвитку інтересу до вивчення природи; виховувати в учнів уміння слухати, культуру мови та спілкування.