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

29 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

20938. Защита данных, организация вычислений по формулам, синхронизация серверных баз данных в системе Вертикаль-Справочник 4.58 MB
  Цели и задачи: Изучить методы защиты данных организацию вычислений по формулам синхронизацию серверных баз данных в системе ВертикальСправочник. После занятия студент должен: Знать: Методы защиты данных организацию вычислений по формулам синхронизацию серверных баз данных в системе ВертикальСправочник. Проработать теоретический материал по теме: Проектирование реляционной структуры пользовательских баз данных ВертикальСправочник.
20939. Проектирование объектной структуры пользовательских баз данных в системе Вертикаль-Справочник 2.93 MB
  После занятия студент должен: Знать: Принципы в структуре баз данных системы порядок регистрации нового класса объектов порядок настройки связи между объектами. Уметь: Выполнить регистрацию нового класса объектов настроить связи между объектами редактировать атрибуты связей объектов.3 [2] лекция №11 Индивидуальное задание: Выполнить регистрацию нового класса объектов настроить связи между объектами редактировать атрибуты связей объектов. Какой порядок регистрации нового класса объектов 3.
20940. Проектирование реляционной структуры пользовательских баз данных Вертикаль-Справочник 4.45 MB
  Цели и задачи: Изучить реляционные и объектные составляющие баз данных каталог баз данных редактор навигационных схем. После занятия студент должен: Знать: Общие сведения о каталоге баз данных как проектируются навигационные системы . Уметь: Заригистрировать новые базы данных настроить атрибуты связей объектов навигационной схемы.
20941. Редактор структуры данных, настройка основного и контекст-ного меню в системе Вертикаль-Справочник 3.79 MB
  Цели и задачи: Изучить редактор структуры данных настройку основного и контекстного меню в системе ВертикальСправочник После занятия студент должен: Знать: Порядок формирования структуры данных таблицы процедуры настройки основного меню методику присоединение списков к базе данных порядок подключения коментариев к таблицам базы данных и порядок подключения коментариев к таблицам баз данных . Уметь: Создать несколько структур данных для таблиц зарегистрировать маркеры пунктов и переменных контекстного меню. Проработать теоретический...
20942. Шифрування та дешифрування даних за допомогою блокових алгоритмів 321.24 KB
  Програма дешифрування інформації (повернення початкового вигляду файла) а також оцінити правильність процедури шифрування – дешифрування (відсутність зміни результату відносно початкового файлу).
20943. Шифрування та дешифрування даних за допомогою потокових алгоритмів 51.15 KB
  Програма шифрування інформації з використанням визначених алгоритмів. У якості інформації використовувати копію файлу з розробленою програмою. програма дешифрування інформації (повернення початкового вигляду файла)...
20944. Створення програми для формування та перевірки повідомлень за допомогою електронно-цифрового підпису 48.9 KB
  czynniki pierwsze klucz zakryty p1 4 = 0 q1 4 = 0 p = 19; q = 23; n = pq; M = random n; print Message = M; print Cryptogram = C; C = M^2 n; m1= C ^ p1 4 p; m2= p C ^ p1 4 p; m3 = C ^ q1 4 q; m4 = q C ^ q1 4 q; fork=1p d=pk1 q; if floordda = qd;break;break;;; fork=1q d=qk1 p; if floorddb = pd;break;break;;; print Decryption = ; M1 = am1bm3 n M2 = am1bm4 n M3 = am2bm3 n M4 = am2bm4 n Результат виконання...
20945. Створення програми приховання повідомлення у графічному файлі за допомогою стеганографічних перетворень 69.4 KB
  h include iostream include string using namespace std int mainint argc char argv[] { HANDLE hFile hFileMess hFileCont; BYTE pdbFileByte pdbMessByte; const BYTE dbKeySize = 8; BYTE dbKey[dbKeySize]={4160824202832}; BYTE dbKey[dbKeySize]={12730546}; BYTE dbKey[dbKeySize]={01234567}; DWORD dwMessSizedwFileSizedwRealFiledwRealMess; DWORD dwOffsetPictdwPictSize; hFile = CreateFileargv[1]GENERIC_READFILE_SHARE_READNULLOPEN_EXISTING0NULL; dwFileSize = GetFileSizehFileNULL; pdbFileByte = new...
20946. Читання, очищення та запис секторів диску 63.5 KB
  Текст програми: Program LB1; uses doscrt; var ij:integer; n_sekn_dorn_golkol_sek:word; code:word; buf :array[0.es:=seg buf ; r.bx:=ofs buf ; intr13r; code:=r.es:=seg buf ; r.