Размещено на http://www.allbest.ru/

0

Министерство образования и науки Кыргызской Республики

Таласский государственный университет

Технологический институт

Кафедра «ист»

Курсовая работа

На тему: Организация электронных вычислительных машин и вычислительных систем

Выполнил: Жаманбай углу т.

проверил: жороев а.к.

Талас 2014

Содержание

Введение

1. Принципы построения и функционирования компьютера

1.1 Назначение компьютеров и программного управления

1.2 Неймановский принцип программного управления

1.3 Структура компьютеров

1.4 Запоминающие устройства и организация памяти

1.5 Организация ввода/вывода данных

1.6 Принцип многоуровневой организации функции

2. Характеристики и классификация компьютера

2.1 Характеристики компьютера

2.2 ПАИ и интерфейсы прикладных программ

2.3 Быстродействие и производительность компьютера

2.4 Емкость памяти

2.5 Надежность компьютера

2.6 Стоимость компьютеров

2.7 Классификация компьютеров

Заключение

Литературы

Введение

Слово «организация» происходит из французского и позднелатинского языков и означает: внутренняя упорядоченность, согласованность, взаимодействие частей целого; совокупность процессов или действий, ведущих к образованию и совершенствованию взаимосвязей между частями целого.

В вычислительной технике «организация» может применяться по отношению к разным уровням средств: сетям, комплексам, системам, отдельным ЭВМ, её устройствам, процессорам, блокам, функциональным узлам; языкам, программному и информационному обеспечению и т.д. Следовательно, его смысл в ВТ зависит от вида рассматриваемого объекта и взгляда на его роль и способ построения.

Для пользователя важен набор функций и услуг ЭВМ, которые обеспечивают эффективное решение его задачи. Его не интересуют вопросы технической реализации этих функций и технические решения по достижении этих функциональных возможностей. Поэтому при проектировании ЭВМ в первую очередь создается её абстрактная модель, описывающая функциональные возможности машины и предоставляемые ею услуги, т.е. её функциональную организацию.

Функциональная организация ЭВМ - абстрактная модель совокупности функциональных возможностей, обеспечивающих эффективное решение прикладных задач, а также набора услуг, предоставляемых пользователю при поэтапном выполнении последовательности действий, осуществляемых в ходе решения его задачи: кодирования, программирования, ввода, управления ходом обработки, вывода, документирования.

В узком смысле в основе функциональной организации ЭВМ лежат принципы программного управления и двоичного кодирования информации.

Разработчик ЭВМ должен обеспечить рациональную техническую реализацию названных функций, предусмотренных её абстрактной моделью, на основе физических средств: элементной базы, узлов, блоков и устройств. Для описания технических средств широко используются структурные схемы.

Структурная организация ЭВМ - это физическая модель, которая устанавливает состав и принципы взаимодействия основных функциональных частей машины без детализации их технической реализации.

Структурная схема - это графическое отображение структурной организации.

По степени детализации различают структурные схемы на уровне сетей, комплексов, систем, ЭВМ, устройств, процессоров, блоков, узлов и элементов. Для описания структурной организации ЭВМ или системы необходимо составить иерархическую систему структурных схем названных постепенно детализирующих её частей и элементов.

Структура ЭВМ или системы - это организация системы из отдельных недетализированных её частей с такими их взаимосвязями, которые отображают распределение функций между ними.

Комплексирование средств вычислительной техники - это создание крупномасштабных систем обработки информации с целью повышения эффективности использования и расширения сферы применения ЭВМ путем объединения с помощью линий связи и дополнительных средств комплексирования (аппаратных и программных) многих ЭВМ, процессоров и устройств в вычислительные системы, комплексы, сети. Комплексируемые устройства и средства комплексирования производятся в виде модульных агрегатируемых устройств с унифицированными и стандартными интерфейсами.

Известны следующие классы скомплексированных систем:

многомашинные вычислительные комплексы (ММВК) с небольшим удалением ЭВМ друг от друга и обменом информацией по параллельному интерфейсу на расстояние не более 100м;

многопроцессорные вычислительные комплексы (МПВК) с применением в центральном обрабатывающем ядре агрегатируемых процессорных модулей и многомодульной многопортовой общей оперативной памяти (ООП) и общего поля периферийных устройств;

многопроцессорные вычислительные системы (МПВС) с построением центрального ядра в виде единого конструктивного модуля, содержащего несколько процессоров и модулей ООП с максимальной степенью связности и пропускной способностью внутреннего интерфейса;

вычислительные системы с перестраиваемой структурой центрального ядра (ВСсПС), в том числе транспьютерные сети с программируемой структурой при неизменных физических линиях связи между транспьютерами, так называемые «мелкозернистые» параллельные системы, в отличие от других систем перечисленных выше и ниже, называемых «крупнозернистыми»;

системы телеобработки (СТО) для централизованной обработки информации, собираемой по линиям связи с удаленных терминалов;

вычислительные сети (сети ЭВМ) для территориально-распределенной обработки и хранения распределенных баз данных и знаний, в том числе локальные вычислительные сети (ЛВС) с небольшим удалением ЭВМ (до 1 км) и простейшим дешевым моноканалом связи между ними;

глобальные вычислительные сети (ГЛВС) с произвольным удалением ЭВМ и сложной разветвленной сетью передачи данных (СПД), содержащей в узлах связи коммуникационные (коммутационные) микроЭВМ;

аналого-цифровые вычислительные комплексы (АЦВК), или гибридные вычислительные системы (ГВС), в которых к ведущей цифровой ЭВМ через аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи информации подключается сателлитная аналоговая вычислительная машина (АВМ) или без промежуточных преобразователей - гибридная цифровая машина (ГВМ), основанная на неалгоритмическом принципе вычислений. Последние способы осуществляют быструю параллельную обработку массовых инженерных задач и тем самым существенно повышают производительность вычислительных комплексов.

В дальнейшем все названное многообразие скомплексированных средств вычислительной техники условимся называть общим термином «вычислительная система (ВС)», которые представляются как единство трех основных элементов ее архитектуры: технических средств, программного и информационного обеспечения.

Архитектура ВС - это комплекс общих вопросов, характеристик и параметров, которые определяют ее функциональную и структурную организацию и существенных для пользователя, интересующегося в первую очередь ее функциональными возможностями, а не деталями технического исполнения.

Технические средства ВС - совокупность модульных, агрегатируемых устройств ЭВМ, в том числе нескольких ЭВМ, процессоров модулей ООП, терминалов и прочих периферийных устройств.

Программное обеспечение ВС - комплекс системных и управляющих программ, обеспечивающих при автоматической обработке прикладных программ эффективное использование технических средств и всех ресурсов ВС, в первую очередь важнейших из них: машинного времени и памяти. Сюда входят программные средства автоматизации программирования и программы технического обслуживания, в том числе средства повышения живучести ВС и организации отказоустойчивых вычислений.

Информационное обеспечение ВС - это коллективно используемые пользователями ВС наборы данных и знаний, долговременно хранящиеся во внешней памяти системы. Данные и знания сосредотачиваются в автоматизированных банках данных (АБД) и знаний (АБЗ). В современных ЭВМ и системах АБД и АБЗ обычно используют то же основной комплект технических средств, что и прикладные программы и системное ПО. Однако для организации коллективного доступа к АБД и АБЗ создается дополнительный системный управляющий программный комплекс - система управления базой данных (СУБД) или базой знаний (СУБЗ), который взаимодействует с системным ПО и прикладными программами.

Раздел “ архитектура ВС ” охватывает принципы общей структурной и функциональной организации системы, которые определяют способы организации вычислительных процессов обработки данных и включают в себя методы представления данных; состав, назначение и принципы взаимодействия технических средств, программного и информационного обеспечения. Исследование архитектуры ВС направлено на выявление и выбор способов построения систем, рациональных вариантов распределения функций между техническими и программными средствами, состава системы и конфигурации связей между устройствами, способов организации вычислительных процессов.

1. Принципы построения и функционирования компьютера

1.1 Назначение компьютеров и программного управления

Компьютер - это техническая система, предназначенная для обработки данных (информации) на основе программ (алгоритмов).

Области применения компьютера

Необходимость в вычислении появляется в виде задачи для научно - инженерной, производственной, управленческой и любой другой деятельности.

Задача - это совокупность результатов, которые надо получить из имеющихся исходных данных. Совокупность задач, решение которых возлагается на компьютер, определяет область применения компьютера.

Принято выделять три основных области применения компьютера:

Научно - техническая.

Коммерческая.

Специальная.

Научно-техническая область применения основана на использовании большого объема вычислений при относительно небольшом объеме данных для:

А) Моделирования процесса в механических, электрических, физических и других системах.

Б) Инженерные задачи решаются САПРами, путем обработки двух и трех мерной графической информации различного назначения. Компьютеры для этих задач должны иметь большую вычислительную мощность при умеренной емкости памяти и быть хорошо приспособлены для работы с графической информацией.

Коммерческое применение связано с информационным обслуживанием бизнес процессов. Коммерческое применение порождает сравнительно небольшой объем вычислений над данными, представляемыми целыми числами и текстами, однако объем данных велик или огромен. В области коммерческого применения выделяют две подобласти:

А) Офисное применение - информационное обеспечение деятельности сотрудников, подразделений предприятий, корпораций и отраслей. Офисное применение связано с обеспечением бухгалтерского и складского учетов, планирование производства и административного управления и так далее.

Б) Обработка транзакций - обеспечение доступа значительного числа удаленных клиентов к базам данных. Обработка транзакций сводится к получению информации клиентом, поиску в базе данных требуемой записи, коррекции записи на основе данных полученных от клиента, возврату записи в базу данных и возможно выполнению других действий.

Источником транзакций могут быть заказчики продукции, услуг, автоматы и тому подобное.

Специальное применение - это использование компьютеров для управления оборудованием и техническими системами. При специальных применениях программа записана в постоянной памяти компьютера. Компьютер это интеллектуальная часть технической систем. При специальном применении все компьютеры работают в темпе управляемых объектов и называются СРВ (системы реального времени).

Задачи, алгоритмы и программы

Алгоритм - это совокупность действий над данными, приводящей к преобразованию исходных данных в требуемый результат. Программа представляет собой алгоритм на машинном языке для конкретного компьютера. Программа управляет работой компьютера, обеспечивает ввод исходных данных, выполняет над ними операции, выводи полученные результаты. Вычисления в программе производятся многократно для различных значений исходных данных.

Принцип программного управления

Программа, загруженная в компьютер, предписывает порядок работы и определяет функцию компьютера. Замена программы на другую приводит к изменению функции компьютера. Принцип обработки информации, основанный на определении процесса обработки информации, в виде программы называется принципом программного управления.

1.2 Неймановский принцип программного управления

Принцип программного управления может быть реализован многими способами, как кардинально различными, так и различными фрагментарно. Один из принципов реализации программного управления был предложен Джоном Нейманом в 1945 году и этот принцип стал основополагающим для построения всех типов компьютеров. В основе неймановского принципа лежит представление алгоритмов в виде операторных схем.

Неймановский принцип программного управления состоит в следующем:

Информация кодируется в двоичной форме и разделяется на единицы информации, называемые словами. Различные слова разделяются не способами кодирования, а способами использования.

Слова размещаются в ячейках памяти компьютера и идентифицируются номерами ячеек, которые определяют адрес слова.

Алгоритм представляется как последовательность управляющих слов, называемых командами (инструкциями). Команда определяет наименование операции и слова, участвующие в операции в качестве операндов и результатов. Алгоритм представляется в виде терминов машинных команд, называемых программой.

Выполнение программы сводится к последовательному выполнению команд в порядке, определяемом самой программой.

Память - это склад для хранения данных, в котором ячейки нумеруются натуральными числами 0,1,2,3….Е-1, где Е -емкость памяти. Чтобы записать слово или прочитать его необходимо указать адрес ячейки А (место, где хранится слово). Команды имеют определенную адресную структуру.

Код операции определяет наименование операции, исполняемой компьютером. Обычно команда представляется в следующем виде:

Это выражение определяет структуру команды. КО указывает на одну из 2 команд. Адреса А_1,,…А_к являются адресами операндов. Основные команды реализуются в следующем виде:

[А₁]*[А₂][А₃]

Процесс вычисления по заданной программе состоит в последовательном выполнении команд.

Первая выполняемая команда задана начальным адресом. Адрес следующей команды однозначно определяется в процессе текущей команды.

Команда перехода определяет адрес следующей команды принудительно.

1.3 Структура компьютеров

Компьютер строится из совокупностей устройств, обеспечивающих хранение, обработку, ввод и вывод данных. Устройства соединяются между собой, образуя единую систему - компьютер. Совокупность устройств и связей между ними определяет структуру компьютера.

Каноническая структура компьютера

Память - это устройство для хранения данных, в которых размещаются программы и данные.

Процессор - это устройство для выборки команд из памяти и выполнения действий, предписанных командой.

Обработка команды выполняется следующим образом:

Процессор посылает в память адрес команды А и из памяти в процессор выбирается команда А.

Процессор дешифрует код операции, указанной в команде и читает из памяти операнды А_i, A_j, и т.д. указанные в команде.

Процессор выполняет над операциями заданные операции, в результате чего получается результат Р. Результат Р может быть записан в память.

Процессор формирует адрес следующей команды путем естественной адресации А:=А+1 или из адресной части команды А:=А_i

Устройства ввода/вывода используются для обмена информацией с человеком или передачи данных. Ввод/вывод инициализируется процессором в соответствии с кодом операции. Операция ввода/вывода иначе называется операцией чтения/записи данных.

Основные характеристики процессора

Длина слова составляет от 1 до 8 байт.

Система команд может составлять от нескольких десятков до 600 команд.

Быстродействие, в зависимости от области применения компьютеров от 1 млн. операций в секунду до многих миллиардов операций/сек.

Стоимость процессора от нескольких десятков центов для специального применения до нескольких тысяч долларов.

Основные характеристики памяти

Емкость памяти - это предельное количество данных, размещаемых в ней.

Емкость памяти исчисляется:

1 КБайт = 1024 байт

1 Мбайт = 1024 Кбайт

1 Гбайт = 1024 Мбайт

1 Тбайт = 1024 Гбайт

Быстродействие памяти определяется затратами времени на передачу некоторого объема данных при чтении (записи). Для различных типов записывающих устройств оно составляет от нескольких нано секунд до 50 и более милли секунд. Это зависит от удельной стоимости хранения данных в расчете на 1кб, 1Мб, и т.д.

Компьютер должен иметь емкость памяти, достаточную для хранения всех данных и всех программ. Быстродействие, достаточное для выполнение программы за заданное время.

Интерфейс

Устройства соединяются между собой обычно проводниковыми или оптическими линиями, используемыми для передачи данных.

Совокупность линий и алгоритм передачи данных по ним называют интерфейсом.

Сигнал инициируется одним из устройств и происходит в темпе реализации алгоритма передачи данных.

Интерфейс определяется на двух уровнях:

Логическом

Конструктивном (физическом)

Конструктивный интерфейс устанавливает электрические и временные параметры сигналов. Кроме того, устанавливается размещение соединительных линий по контактам разъемов и ограничения на предельную длину соединения.

Интерфейс если имеет описывающие стандарт.

Интерфейс подразделяется:

Последовательный.

Параллельный.

Последовательный интерфейс состоит из одной - двух линий для передачи информации побитно.

В параллельных интерфейсах передача данных производится байтами, словами и т.д.

Основная характеристика интерфейса - пропускная способность, определяемая предельным количеством данных, передаваемых за секунду.

Пропускная способность зависит от ограничения на длину шины.

1.4 Запоминающие устройства и организация памяти

Для построения памяти могут использоваться с различными способами хранения данных. Эти запоминающие устройства иначе называются накопителями данных.

Наиболее широко используются следующие типы ЗУ:

1. Полупроводниковые ЗУ.

2. Магнитные ЗУ

3. Оптические и магнитооптические ЗУ.

Полупроводниковые ЗУ

Строятся на основе СБИС емкостью 256-1024 Мбайт, которые обеспечивают время доступа

20 - 50 нс. Имею удельную стоимость 0,5 - 4 $/Мб.

Полупроводниковые ЗУ относятся к классу ЗУ с произвольным доступом, в которых время обращения к ЗУ постоянно.

Из полупроводниковых ЗУ строится сверх оперативная и оперативная память компьютера.

В составе памяти используются сверх оперативные ЗУ (СОЗУ), которые обеспечивают буферизацию обращений к ОП.

При наличии слова с адресом А в СОЗУ формируется сигнал У=1, отмечающий наличие слова и выборка слова (команды, данных) производится за время близкое к одной наносекунде, за счет этого длительность обращения к СОЗУ примерно в 10 раз меньше, чем к ОП. Читаемые и записываемые слова являются копиями слов, хранимых в ОП но каждая запись производится и в СОЗУ и в ОП. Емкость СОЗУ составляет 512-2048 Кб, что в десятки раз меньше емкости ОП.

Накопители на магнитных дисках

Накопитель на магнитных дисках (НМД) строится следующим образом:

1. Перемещение механизма доступа на цилиндр с адресом А_1, что занимает время от 0 до 100мс Обычно среднее время на уровне 5-10 мс.

2. Переключение магнитной головки на дорожку А_2. Переключение занимает незначительное время (несколько нс)

3. Ожидание подхода сектора с адресом А₃ на линию чтения/записи, занимает время от 0 до 10 мс (в среднем 5мс).

4. Чтение или запись сегмента в среднем занимает доли мс, после этого обращение к НМД заканчивается.

Отметим, что ЗУ с таким принципом действия относятся к классу ЗУ с прямым доступом. Максимальное время обращения всегда ограничено сверху. По такому же принципу работает размещение на дискетах. Среднее время доступа к данным на дискете 3-10 мс.

ЗУ на магнитных лентах

Чтение и запись данных производится только при движении магнитной ленты.

Эти ЗУ называют ЗУ с последовательным доступом, поскольку для поиска сегмента данных необходимо очень значительное время.

ЗУ на оптических дисках

CD - по сути состоит из одной дорожки и как правило он содержит ограниченный каталог, в котором указаны адреса нескольких сотен участков компакт диска.

Сравнительные характеристики ЗУ

1. Только п/п ЗУ имеют малое время доступа, составляющее до 50 нс на чтение/запись одного слова данных, однако удельная стоимость хранения данных велика и составляет 0,5 - 2 $/Мб

2. Остальные виды ЗУ обеспечивают низкую удельную стоимость хранения данных 0,15$/Мб и ниже, но имеют обычно большое время доступа к данным.

Многоуровневая организация памяти

1. Память должна обеспечивать емкость, соответствующую области применения компьютера, то есть классу реализуемых задач.

2. Быстродействие, достаточное для обеспечения работы процессора и устройств ввода/вывода.

3. Минимальную стоимость.

Максимальное быстродействие имеют СОЗУ, обеспечивающие обращение к ячейке за время около 1 нс, при малой емкости ЗУ. ОП обеспечивает произвольную выборку и запись слов. Имеет значение емкость и время чтения записи в десятки нс. Максимальную емкость имеют ВУ и обеспечивающие минимальную удельную стоимость хранения данных. Все программы и данные читаются из внешней памяти сегментами и загружаются в ОП, после чего становятся доступными для процессорной обработки.

Архивная память состоит из «томов», размещаемых вне компьютера и устанавливаемых на внешние носители человеком.

Доступ к данным, хранимым в накопителях и в УВ/В производится сегментами и инициируется одними и теми же командами ввода/вывода, поэтому все накопители и все устройства ввода/вывода относятся к классу ВУ. (периферийных устройств)

Процессор, СОЗУ и ОП образуют ядро компьютера, обеспечивая требуемую скорость вычислений.

1.5 Организация ввода/вывода данных

К операциям ввода/вывода относятся все операции, управляющие работой ВУ и обеспечивающие передачу данных между ВУ и ОП.

Операции в/в распространяются и на внешние ЗУ и на устройства в/в и образуют один класс внешних (периферийных) устройств компьютера.

Все ВУ подключаются к интерфейсам В/В:

Каждый контроллер выполняет две основные функции:

1. Преобразует стандартную последовательность сигналов интерфейса в последовательность сигналов, обеспечивающих управление работой ВУ.

2. Контроллер управляет работой устройства с целью доступа и передачи затребованных данных.

Количество типов контроллеров соответствует количеству типов ВУ. Тип контроллера также зависит от типа интерфейса.

Организация ввода/вывода с программно управляемым интерфейсом.

При поступлении в РК операции в/в выполняются следующие действия:

1. КО и АВУ посылаются процессором в ПУИ.

2. Все контроллеры сравнивают свои адреса с адресом ВУ. Контроллер, адрес которого совпал, принимает КО и инициирует работу ВУ.

3. При вводе данных СД передается по ПУИ в процессор, а при выводе из процессора в контроллер, после чего команда ввод/вывод считается выполненной.

Обработка в/в выполняется совместно с контроллером и процессором. Процессор формирует последовательность сигналов стандартного интерфейса, обеспечивает анализ флагов и прерываний и передачу слова данных между контроллером и регистром СД.

Операция чтение/запись связана с вычислением адреса, списанного слова и передачи между регистром СД и заданной ячейкой ОЗУ. Обычно для этого требуется 4-6 команд процессора, что определяет пропускную способность интерфейса.

Область применения ПУИ:

Компьютеры специального применения, при этом обеспечивает наименьшую сложность контроллеров, при большой загрузке процессора.

Пропускная способность шины разделяется между многими, параллельно работающими устройствами. Процесс разделения шины называется мультиплексированием.

Контроллеры ВУ сложнее, чем система с ПУИ, однако процессор только инициирует операции ввода/вывода, но не принимает участие в обслуживании в/в, поэтому пропускная способность ОШ выше, чем системы с ПУИ.

Длина ОШ обычно ограничена одним метром.

Команды в/в направляются в КВВ и содержат адрес КВВ и адрес ВУ. Этой командой процессор инициирует операцию в/в, которая выполняется КВВ и ВУ. В дальнейшем КВВ и ВУ работают по своей программе в/в, хранящейся в ОП. Количество каналов от двух до 16, что обеспечивает возможность подключения большого числа ВУ к КВВ.

Каждый интерфейс в/в работает в мультиплексном или монопольном режиме. В последнем случае ВУ монополизируют КВВ на все время передачи данных. КВВ способен выполнять программу в/в и рассматривается как специальный процессор от объема команд. Существуют три типовых схемы организации в/в.

1.6 Принцип многоуровневой организации функции

Функция компьютера - это выполнение программы.

Программа - это совокупная последовательность команд.

Программы используются аппаратурой компьютера, процессором, ЗУ и устройствами в/в. Возможности аппаратуры компьютера определяются технологиями микроэлектроники. Поскольку возможности аппаратуры ограничены, то встает вопрос о необходимом составе операций, способах адресации и так далее, разумно ограничивающих состав аппаратуры.

Архитектура компьютера - это совокупность свойств аппаратуры, влияющая на процесс выполнения программы. Проблема погружения задач в аппаратуру компьютера, способного выполнять только фиксированный набор операций, решается на основе принципа многоуровневой реализации функции.

Функции процессора

Минимальный набор операций, обеспечивающий решение любых задач называется алгоритмически полным. Алгоритмической полнотой обладаю многие системы, например система Поста:

y:=0, y:=1, y?=0,

Булева система:

y:=a, y:=a b, y:=ab, y?=0

Функции процессора

Функции процессора ограничиваются реализацией следующих процедур:

1. Выборка команды из ОП и операндов, указанных в адресной части команды.

2. Выполнение операции, заданной кодом операции, что сводится к выполнению: арифметических, логических операций, передачи команд на выполнение средствами ввода/вывода и формировании адреса следующей команды.

Обычно количество операций, реализуемых процессором, составляет от нескольких десятков, до 600-800 операций.

Программно реализуемые функции

ОС - это набор программных средств, обеспечивающих управление устройствами, программами, памятью, программами и так далее.

Обычно ОС реализует от нескольких сотен до нескольких тысяч макрокоманд, каждая их которых реализуется последовательностью команд. Управление командами сводится к поиску программы во внешней памяти, выделением области ОП для размещения программы, передачи сегментов программы в ОП и так далее, в том числе и инициирование программы. Тело ОС хранится во внешней памяти и только наиболее часто используемые программы, (макрооперации) размещаются в ОП. Инструментальная система обслуживает программирование задач и управляет данными независимо от аппаратурных средств. В состав инструментальной системы включены трансляторы, системы управления БД, табличная обработка данных. Инструментальная система (ИС) позволяет на основе программирования создавать любую программу, обеспечивающую функции любого должностного лица. Прикладные программы реализуют конечное назначение компьютера, то есть определяют состав и форму представления исходных данных и результатов.

2. Характеристики и классификация компьютера

2.1 Характеристики компьютера

организация электронный вычислительный система

Основными являются следующие характеристики:

1. ПАИ и интерфейсы прикладных программ.

2. Быстродействие и производительность.

3. Емкость памяти.

4. Надежность.

5. Стоимость.

Быстродействие определяется количеством операций, выполняемых за секунду процессором, памятью и так далее.

Производительность компьютеров оценивается временем решения совокупности задач.

Быстродействие и производительность - это характеристики вычислительной мощности компьютера.

Емкость память должна быть достаточна для размещения всей совокупности программ и данных. Память строится по многоуровневой схеме и емкость ОП наиболее существенно влияет на производительность компьютера.

Стоимость компьютера приблизительно составляет 10% от стоимости компьютера.

Надежность компьютера - это характеристика способности выполнять функции в течении заданного времени.

Работоспособность компьютера нарушается из - за отказа оборудования и программных средств.

Стоимость компьютера - это затраты на его приобретение, включающие в себя стоимость аппаратуры, программных средств, затраты на установку компьютера и передачу его в эксплуатацию.

Особенно важной является полная стоимость ПСВ, включающая в себя не только капиталовложения, но и эксплуатационные расходы (они обычно в 3-5 раз превышают капиталовложения).

2.2 ПАИ и интерфейсы прикладных программ

Возможности аппаратурных средств всегда ограничены и их характеризует ПАИ.

Совокупность средств аппаратуры компьютера, влияющих на разработку программ называют архитектурой компьютера.

ОС строится на основе программных средств, обслуживающих периферийные устройства, память и управляющих задач.

ОС интерфейс прикладных программ, то есть системных операторов, используется для выполнения операций.

Производительность компьютерного оборудования существенно зависит от интерфейса ПП. Наиболее широко используется интерфейс API (application program inter) - устанавливает интерфейс, который используется для доступа любых ПП к функциям ОС. Один из наиболее известных: API - POSIX, определяющий международный стандарт для UNIX интерфейсов.

Интерфейс включает в себя около 1200 макроопераций, реализуемых UNIX ОС.

API - независимый от технологии машинный интерфейс, чаще всего называемый интерфейсом MI. Этот интерфейс включает в себя все макрооперации операционной системы компьютера AS/400 (1987 год) работающего по двух ступенчатой системе построения программ:

1. Генерация шаблонов программ.

2. Генераций кодов программ.

Компьютер генерирует сначала из исходного текста шаблон программы, который применим при любом ПАИ. Потом транслятор по шаблону генерирует двоичный код программ, ориентированный на ПАИ, при этом и шаблон и двоичный код программы хранятся в памяти одновременно, как и другие программные объекты, называемые отлаживаемой программой. Если изменяется аппаратура, то создается специальный транслятор, который преобразует шаблон программы в новый двоичный код. Основной недостаток прикладных интерфейсов - это отсутствие гибкости.

2.3 Быстродействие и производительность компьютера

Оценка быстродействия и производительности компьютера сложная задача из-за отсутствия общепринятой меры вычислительной работы. Для оценки производительности используется система следующих показателей:

1. Номинальное быстродействие.

2. Комплексная производительность.

3. Системная производительность.

4. Индекс производительности.

Номинальное быстродействие (НБ) - это количество операций, выполняемых устройством за секунду. Если компьютер состоит из N устройств, то НБ характеризуется:

V=(V₁…..V_N)

V₁ …V_N - среднее НБ устройств 1…N, входящих в состав компьютера.

Среднее быстродействие устройства вычисляется следующим образом: если устройство выполняет операции 1,…,G за среднее время ₁ … _G, то быстродействие:

V_i=1/(p_{i i} ) оп/с,

где p₁ …p_G- вероятность появления операции в смеси операций, выполняемых устройством.

Процессор обычно используется для коммерческих и научно - технических расчетов (обработка целых чисел и ЧПЗ), поэтому быстродействие процессора принято характеризовать двумя значениями:

1. Количество миллионов коротких операций, выполняемых за секунду (целочисленная арифметика). MIPS

2. количество миллионов операций над ЧПЗ, выполняемых за секунду. MFLOPS

НБ процессора, точнее системы «процессор - ОП» зависит от следующих факторов:

1. От быстродействия элементарной базы «процессор - ОП», то есть от времени переключения сигналов в интегральных схемах, то есть от минимального размера полупроводниковых элементов.

2. Структурная организация процессора направлена на выполнение обработки потока команд над данными (конвейерная обработка).

3. Архитектура компьютера, в первую очередь подсистемы команд процессора.

НБ характеризует только потенциальные возможности устройств, но не системную производительность.

Комплексная производительность

Все устройства связаны с общими для них ресурсами. В этом случае, чтобы оценить влияние структурной организации компьютера на его производительность используются оценки комплексной производительности. Если комплексная производительность какого то устройства равна V₀, то

V_i V₀ где V_i -НБ

Таким образом комплексная производительность всегда меньше значений, определяемых номинальным быстродействием устройства.

Системная производительность

СП -это количество вычислительной работы, выполняемой компьютером, работающим под управлением ОС за единицу времени.

СП принято определять для каждого конкретного применения (научно - технического, коммерческого и так далее) или на стандартных наборах задач и оценивать временем выполнения набора задач.

Системная производительность всегда меньше НБ и комплексной производительности, это связано с тем, что в каждый момент времени в однопрограммном режиме работает только одно устройство (процессор или устройство ввода/вывода), поэтому суммарная загрузка всех устройств:

P_i=1

i=1,..N - номер устройства.

t_i - время работы устройства i.

T - время решения задачи.

Загрузка P_i характеризует долю времени, в течении которого устройство i работает и одновременно вероятность того, что устройствo i занято работой.

Значение

_I=(1-P_i)=1-t_i/T

называется коэффициентом простоя и определяет долю времени, когда устройство не работает и одновременно вероятность простоя. Для повышения производительности (одновременной обработки нескольких задач) используется режим мультиплексирования, при этом после окончания этапа процессорной обработки начинается этап в/в, а процессор переключается на обработку другой программы и так далее. В результате этого загрузка всех устройств возрастает, и достигает значений:

1<P_i<N,

где N - количество устройств, входящих в систему.

Значение R=P_i определяет среднее количество задач, обрабатываемых компьютером и одновременно пропускную способность системы.

Индексы производительности

В связи с отсутствием единицы производительности работы системную производительность характеризуют как отношение новой модели компьютера к одной из самых старых моделей - это оценка называется индексом производительности. Индекс производительности - это оценка производительности новой системы на фиксированном классе задач.

2.4 Емкость памяти

Емкость памяти влияет на стоимость и производительность системы. Чем больше емкость СОЗУ, чем выше емкость ОП и чем больше ВЗУ используется в компьютере, тем больше стоимость и производительность системы.

2.5 Надежность компьютера

Надежность - это свойство компьютеры выполнять возложенные на него функции в течении заданного промежутка времени. Работоспособность нарушается в результате отказов и сбоев оборудования и программ. Отказы и сбои - это случайные величины, в дальнейшем отказ равен сбою.

Отказ - это нарушение возможности выполнения возложенной на него функции.

Сбой - это временный отказ.

Основная характеристика надежности это интенсивность отказов, то есть среднее количество отказов за единицу времени (час, год и так далее). Интенсивность отказов зависит от сложности изделий. Сложность - это число элементов и соединений в изделии.

Характеристики надежности

При расчетах надежности интенсивность отказов рассматривается как постоянная величина. Интенсивность отказов равна сумме интенсивностей отказов элементов.

n_{i i}

_i -интенсивность отказов этих элементов.

-интенсивность отказа всей системы.

n_i -количество элементов i типа.

Если - интенсивность отказов, то средний промежуток времени между двумя отказами T=1/ и называется наработкой на отказ. Вероятность исправной работы в течении времени t:

P(t)=e^-t

После возникновения отказа устройство либо заменяют, либо ремонтируют. Промежуток времени, характеризующий время замены/ремонта называется временим восстановления T_B, обычно измеряется в часах. Эксплуатационные свойства компьютера характеризуются коэффициентом готовности

к_г=Т/(Т+Т_В ).

Коэффициент готовности имеет два смысла:

1. Это доля времени, в течении которого устройство работоспособно.

2. Вероятность того, что в произвольный момент времени t устройство работоспособно.

Значение =1-к_г характеризует долю времени, в течении которого устройство неработоспособно (простаивает) и вероятность неработоспособности.

Резервирование устройств

Надежность может быть увеличена в принципе до любых значений путем резервирования аппаратуры. Резервирование - это способность параллельного включения нескольких устройств для повышения надежности.

Классы надежности

Современные технологии позволяют создавать компьютеры ч коэффициентом готовности к_г=0,99. При этом работоспособность системы гарантирована в течении 361,5 дня и система неработоспособно в течении 3,5 дней. Чтобы обеспечить непрерывность функционирования компьютера используется широкая палитра программно - аппаратных средств, обеспечивая постоянный контроль работоспособности и диагностику отказов.

В зависимости от к_г выделяется четыре класса систем:

Кг	Тв	Тип системы
0,99	3,5 дня	Обычная система
0,999	8,5 часов	Высокая надежность (с помощью резервирования аппаратуры)
0,9999	1 час	Отказоустойчивая (тройнированная система)
0,99999	5 минут	Безотказные системы

2.6 Стоимость компьютеров

Стоимость компьютера - это сумма затрат на приобретение и установку компьютера. Затраты на установку определяются стоимостью пуско - наладочных работ. Стоимость компьютера изменяется от нескольких $ до десятков миллионов долларов. Наибольшее влияние на стоимость компьютера оказывают технологии производства. Для характеристики суммарных затрат на обслуживание компьютера используется показатель полной стоимости владения, включая в себя все эксплуатационные расходы (техническую эксплуатацию, развитие ПО, обучение персонала и администрирование системы). Обычно полная стоимость владения компьютером составляет 60 - 80 % расходов от капиталовложений. Эффективность системы общего назначения принято характеризовать отношением:

E=P/S млн.опер/сек

где P -производительность системы, S -стоимость системы или полная стоимость владения.

Чем выше, тем выше эффективность системы.

2.7 Классификация компьютеров

Класс - это множество объектов, обладающих определенными свойствами.

Классификация по областям применения:

Компьютеры

· Общего назначения

Ш Персональные компьютеры

ь Базовые

ь Для досуга и развлечений

ь Рабочие станции

Ш Сервера

ь Подразделений

ь Предприятий

ь Корпораций

Ш Главные компьютеры

ь Научно - техническое применение

ь Коммерческое применение

· Специального назначения

ь Контроллеры

ь Сигнальные процессоры

ь Промышленные контроллеры

ь Прочие

Компьютеры общего назначения встраиваются для обслуги производственных, технических и других процессов.

Базовые компьютеры используются для автоматизации и обработки научно - технических документов и коммерческих данных.

Компьютеры для досуга имеют более мощные процессоры и работают в мультимедийном режиме.

Рабочие станции - это профессиональные рабочие места для проектировщиков, конструкторов и технологов, обеспечивают выпуск двух и трехмерных чертежей и анализ вариантов построения системы.

Сервер - это компьютерная система для обслуживания многих удаленных пользователей.

Системный администратор обеспечивает управление работой сервера путем контроля работоспособности, сбора статистики о работе сервера и развития ПО. Сетевой адаптер преобразует сигналы одного интерфейса в сигналы другого интерфейса, обеспечивающие передаче данных к другому ПК. СПД - может быть локальной, территориальной или глобальной. Канал передачи данных используется для связи с другими компьютерными сетями. Количество процессоров в сервере обычно от 2 до 64. количество клиентов от десятка до многих тысяч.

Для коммерческого применения используются главные компьютеры, содержащие десятки и сотни процессоров, используемых в основном для ведения отчетности и моделирования развития корпораций. В специальных применениях используют иерархическую систему построения компьютеров, в которых функции нижнего уровня комплексируются (объединяются) для обеспечения управления объектами на верхнем уровне.

Поколения компьютеров

1. Поколение (50-е годы) Компьютеры на электронных лампах.

2. Поколение (60-е годы) Полупроводниковые компьютеры на полупроводниковых элементах малых и средних ИС.

3. Поколение (70-е годы) Компьютеры на БИС и СБИС.

4. Поколение (80-е годы) Компьютеры на СБИС.

5. Поколение (90-е годы) Современные компьютеры.

Заключение

В ходе данной курсовой работы была выполнена информатизация заданного объекта с учетом рекомендуемой архитектуры ИС, выбраны необходимые программные и аппаратные компоненты для работы типографии учреждения.

Литературы

1. Водяхо А.И., Горнец Н.Н., Пузанков Д.В. Высокопроизводительные системы обработки данных: Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. шк., 1997.

2. Компьютерные системы и сети. Учеб. пособие /В.П. Косарев и др. -- М.: Финансы и статистика, 1999.

3. Информатика: Учебник /Под ред. Н.В. Макаровой. - М.: Финансы и статистика, 1997.

4. Амамия М., Танака К. Архитектура ЭВМ и искусственный интеллект /Пер. с японск. - М.: Мир, 1996.

5. Перспективы развития вычислительной техники: В 11 кн.: Справ, пособие /Под ред. Ю.М. Смирнова. - М.:Высш. шк., 1989. - Кн.З: ЭВМ общего назначения. /Ю.С. Ломов, К.С. Ораевский, А.П. Заморин, А.И. Слуцкий.

6. Ю.Мячев А.А., Степанов В.Н. Персональные ЭВМ и микро ЭВМ. Основы организации: Справочник./Под ред. А.А. Мячева.-М.:Радио и связь, 1991.

7. П.Гук М. Процессоры Pentium II, Pentium Pro, просто Pentium. - СПб.: Питер КОМ, 1999.

8. Корнеев В.В. Параллельные вычислительные системы. - М.: «Нолидиж», 1999.

Размещено на Allbest.ru

...