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

38354. Концепція регіоналістики Уолтера Ізарда 22.01 KB
  РЕГІОНАЛІСТИКА (англ. region лат. regio — область, район) — наука, яка займається вивченням просторових закономірностей територіальної організації виробничих сил.
38355. Митне право. Курс лекцій 565 KB
  Але ці методичні рекомендації мають широке розгалуження за відповідними різними формами роботи студентів а отже в цілому вони будуть слугувати усім студентам хто виявить велике бажання більше дізнатись про правові аспекти діяльності митних органів України. План семінарських занять тематика рефератів та контрольних робіт перелік навчальної та додаткової літератури – це ті основні види робіт що спрямовані на досягнення єдиної мети – засвоєння та використання на практиці теоретичних начал економічних важелів розвитку України і зокрема...
38357. Теорія міжнародного права 931.5 KB
  Міжнародне право - це самостійна система права, що складається з юридично обовязкових принципів і норм, які регулюють відносини між державами та іншими субєктами міжнародного права з метою забезпечення мирного співіснування та міжнародної співпраці.
38358. Правовые системы современных мусульманских государств 42.83 KB
  Теоретические основы мусульманского права. Особенности мусульманского права. Источники мусульманского права. Структура мусульманского права.
38359. Мусульманское право 41 KB
  История мусульманского права нередко обозначаемого термином фикх начинается с пророка Мухаммеда Мухаммада жившего в 570 по некоторым источникам 571 г. Позднее и те и другие нормы нашли отражение в первичных источниках мусульманской религии и права. существенное влияние на развитие мусульманского права оказали исламские правоведы и мусульманские судьи кади. Мусульманские судьи лишились права при отсутствии в Коране сунне и других источниках нужных норм выносить решения по своему усмотрению.
38360. Національна економіка. Особливості економічної теорії 1.32 MB
  Загалом названі цілі досягаються через застосування певних інструментів макроекономічного регулювання економіки основними з яких є: фіскальна політика оперування державним бюджетом через податкову систему і витрати держави; грошовокредитна політика контроль за грошовою пропозицією через ставку відсотка резервну норму та інше; політика регулювання доходів від вільного встановлення заробітної плати і цін до декретного контролю; зовнішньоекономічна політика торгівельна політика регулювання обмінного курсу. Етапи становлення системи...
38361. Праця як основа розвитку суспільства і чинник виробництва 399.5 KB
  Кожен суб’єкт ринкового господарства одночасно є і суб’єктом трудових відносин тому від знання економічних законів функціонування ринку праці зайнятості організації оплати праці великою мірою залежить ефективність використання ресурсів праці а також успіх підприємця й рівень життя населення країни. Це обумовлює об’єктивну необхідність набуття ґрунтовних знань основних положень економіки праці майбутніми фахівцями всіх економічних спеціальностей. Вивчення та аналіз закономірностей організації й результатів функціонування ринків праці...
38362. Соціально - трудові відносини на ринку праці 2.08 MB
  Навчально – методичний комплекс з дисципліни Економіка праці та соціально трудові відносини. €œСоціально трудові відносини на ринку праціâ€ для самостійної роботи студентів 3 курсу всіх форм навчання всіх спеціальностей Укл. 95 ПЕРЕДМОВА У даному навчальнометодичному комплексі розглянуто другий розділ дисципліни “Економіка праці та соціальнотрудові відносини†[Розділ 1 дивись джерело 25] присвячений питанням...