Ответы к Экзамену по архитектуре ЭВМ для ССУЗов

Подождите немного. Документ загружается.

Архитектура ЭВМ и Вычислительных систем

12. Классификация и виды интерфейсов

Интерфейс представляет собой совокупность линий и шин, сигналов, электронных схем и

алгоритмов (протоколов), предназначенных для обмена информацией между устройствами.

Выделяют следующие классификационные признаки:

 Способ соединения компонентов (магистральный, радиальный, цепочный,

комбинированный)

 Способ передачи информации (параллельный, последовательный, параллельно-

последовательный)

 Принцип обмена информацией (синхронный, асинхронный)

 Режим передачи информации (односторонняя, двухсторонняя, двухсторонняя

поочередная)

В соответствии с функциональным назначением интерфейсы можно поделить на

следующие основные классы:

 Системные интерфейсы ЭВМ

 Интерфейсы периферийного оборудования (общего назначения и

специализированные)

 Программно-управляемых модульных систем и приборов

 Интерфейсы сетей передачи данных

Внутренние интерфейсы

Стандарт Типичное

применение

Пиковая

пропускная

способность

Примечание

ISA Звуковые

карты,

модемы

2 Мбит/с до

8,33 Мбит/с

Практически не используется с 1999 г в связи с

небольшой адресацией и низкой пропускной

способностью.

EISA Сети,

адаптеры

SCSI

33 мбит/с Применялась в многозадачных системах, на файл-

серверах и везде, где требуется высокоэффективный

ввод-вывод. В настоящее время заменяется шиной

PCI

PCI Графические

карты,

адаптеры

SCSI,

звуковые

карты новых

поколений

133Мбит/с Стандарт для внешних устройств. Является самой

высокоскоросной в современном ПК. На одной шине

может существовать не более 4 устройств. Данный

интерфейс использует технологию P&P. Мост шины

PCI – аппаратные средства подключения PCI к другим

шинам. Host Brige – главный мост – испльзуется для

подключения PCI к системной шине. Peer-to-Peer Brige

(одоранговый мост) используется для соединения

двух шин PCI/

PCI-X -“- 1 Гбит/с Расширение PCI, предложенное IBM, HP, Compaq.

Увеличена скорость и количество усройств

PCI-Express -‘’- 16 Гбит/с Интерфейс «третьего поколения». Может заменить

AGP. Последовательная шина.

AGP Графические

карты

528 Мбит/с,

2х-графика

Система взаимодействует с ОП и ЦП. AGP

функционирует на скорости системной шины.

Передача происходит как по переднему. Так и по

заднему фронту тактовых импульсов ЦП.

AGP-PRO 3D-графика 800 Мбит/с Поддерживает видеокарты мощностью до 100 Вт

Интерфейсы периферийных устройств.

Архитектура ЭВМ и Вычислительных систем

IDE – интерфейс устройств со встроенным контроллером. Используется для

подключения внешних накопителей. С внедрением этого интерфейса решается проблема с

совместимостью накопителя и ПК. Если раньше приходилось при смене устройства менять

контроллер на системной плате, то сейчас достаточно просто подключить устроуство. Скорость

интерфейса 1,5-3 Мбайт/с. Наиболее распространен параллельный разъем ATA/IDE, который в

последнее время вытесняется параллельным разъемом АТА. IDE-адаптер часто встраивается в

системную плату

SCSI (Скази) – интерфейс системного уровня. Интерфейс позволяет подключать до 7

внешних устройств с контроллерами. Любое устройство может инициировать обмен с другими

устройствами. Режим обмена может быть как синхронным, так и асинхронным; данные

контролируются по паритету. Данная шина реализуется в виде отдельного шельфа с восмью

устройствами, одно из которых отводится для подключения к системной шине.

Внешние интерфейсы

RS-232 — интерфейс передачи информации между двумя устройствами на расстоянии до

30 метров. Информация передается по проводам с уровнями сигналов, отличающимися от

стандартных 5 В, для обеспечения большей устойчивости к помехам. Асинхронная передача

данных осуществляется с установленной скоростью при синхронизации уровнем сигнала

стартового импульса. Интерфейс RS-232-C был разработан для простого применения, однозначно

определяемого по его названию: «Интерфейс между терминальным оборудованием и связным

оборудованием с обменом по последовательному двоичному коду». Чаще всего используется в

промышленном и узкоспециальном оборудовании, встраиваемых устройствах. Иногда

присутствует на современных персональных компьютерах.

По структуре это обычный асинхронный последовательный протокол, то есть

передающая сторона по очереди выдает в линию 0 и 1, а принимающая отслеживает их и

запоминает. Данные передаются пакетами по одному байту (8 бит). Вначале передаётся

стартовый бит, противоположной полярности состоянию незанятой (idle) линии, после чего

передаётся непосредственно кадр полезной информации, от 5 до 8-ми бит. Увидев стартовый бит,

приемник выжидает интервал T1 и считывает первый бит, потом через интервалы T2 считывает

остальные информационные биты. Последний бит — стоповый бит (состояние незанятой линии),

говорящий о том, что передача завершена. Возможно 1, 1.5, 2 стоповых бита. В конце байта,

перед стоп битом, может передаваться бит четности (parity bit) для контроля качества передачи.

Он позволяет выявить ошибку в нечетное число бит (используется, так как наиболее вероятна

ошибка в 1 бит).

Параллельный порт LTP

Изначально этот порт был разработан только для симплексной (однонаправленной)

передачи данных, так как предполагалось, что порт Centronics должен использоваться только для

работы с принтером. 25-контактный разъём DB-25, используемый как LPT-порт на персональных

компьютерах (IEEE 1284-A). Порт на стороне управляющего устройства (компьютера) имеет 25-

контактный 2-рядный разъём DB-25-female ("мама") (IEEE 1284-A). Не путать с аналогичным male-

разъёмом ("папа"), который устанавливался на старых компьютерах и представляет собой 25-

пиновый COM-порт. На периферийных устройствах обычно используется 36-контактный

микроразъем ленточного типа Centronics (IEEE 1284-B), поэтому кабели для подключения

периферийных устройств к компьютеру по параллельному порту обычно выполняются с 25-

контактным разъёмом DB-25-male на одной стороне и 36-контактным IEEE 1284-B на другой (AB-

кабель). Изредка применяется AC-кабель с 36-контактным разъемом MiniCentronics (IEEE 1284-C).

Интерфейс Centronics является однонаправленным параллельным интерфейсом,

содержит характерные для такого интерфейса сигнальные линии (8 для передачи данных, строб,

линии состояния устройства). Данные передаются в одну сторону: от компьютера к внешнему

устройству. Но полностью однонаправленным его назвать нельзя. Так, 4 обратные линии

используются для контроля за состоянием устройства. Centronics позволяет подключать одно

устройство, поэтому для совместного очерёдного использования нескольких устройств требуется

Архитектура ЭВМ и Вычислительных систем

дополнительно применять селектор. Скорость передачи данных может варьироваться и достигать

1,2 Мбит/с.

USB (англ. Universal Serial Bus — «универсальная последовательная шина»,

произносится «ю-эс-би» или «у-эс-бэ») — последовательный интерфейс передачи данных для

среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств в вычислительной технике.

Символом USB являются четыре геометрические фигуры: большой круг, малый круг, треугольник,

квадрат. Для подключения периферийных устройств к шине USB используется четырёхпроводный

кабель, при этом два провода (витая пара) в дифференциальном включении используются для

приёма и передачи данных, а два провода — для питания периферийного устройства. Благодаря

встроенным линиям питания USB позволяет подключать периферийные устройства без

собственного источника питания (максимальная сила тока, потребляемого устройством по линиям

питания шины USB, не должна превышать 500 мА). К одному контроллеру шины USB можно

подсоединить до 127 устройств по топологии «звезда», в том числе и концентраторы. На одной

шине USB может быть до 127 устройств и до 5 уровней каскадирования хабов, не считая

корневого. В настоящее время широко используются устройства, выполненные в соответствии со

спецификацией USB 2.0. Ведётся внедрение в производство устройств спецификации USB 3.0.

USB 1.0

Технические характеристики:

два режима передачи данных:

режим с высокой пропускной способностью (Full-Speed) — 12 Мбит/с

режим с низкой пропускной способностью (Low-Speed) — 1,5 Мбит/с

максимальная длина кабеля для режима с высокой пропускной способностью — 5 м [1]

максимальная длина кабеля для режима с низкой пропускной способностью — 3 м [1]

максимальное количество подключённых устройств (включая размножители) — 127

возможно подключение устройств, работающих в режимах с различной пропускной

способностью к одному контроллеру USB

напряжение питания для периферийных устройств — 5 В

максимальный ток, потребляемый периферийным устройством — 500 мА

USB 2.0

Для устройств USB 2.0 регламентировано три режима работы:

Low-speed, 10—1500 Кбит/c (используется для интерактивных устройств: клавиатуры,

мыши, джойстика)

Full-speed, 0,5—12 Мбит/с (аудио-, видеоустройства)

Hi-speed, 25—480 Мбит/с (видеоустройства, устройства хранения информации)

IEEE 1394 (FireWire, i-Link) — последовательная высокоскоростная шина,

предназначенная для обмена цифровой информацией между компьютером и другими

электронными устройствами. Основными особенностями IEEE 1394 являются:

последовательная шина, поддержка «горячего» подключения, питание через кабель, высокая

скорость, простота конфигурирования, поддержка синхронной и асинхронной передачи.

Архитектура ЭВМ и Вычислительных систем

13. . Архитектура системной платы Северный и

южный мост

Матер нская пл таи́ а́ — это сложная многослойная печатная плата, на которой

устанавливаются основные компоненты персонального компьютера (центральный процессор,

контроллер ОЗУ и собственно ОЗУ, загрузочное ПЗУ, контроллеры базовых интерфейсов ввода-

вывода). Как правило, материнская плата содержит разъёмы (слоты) для подключения

дополнительных контроллеров, для подключения которых обычно используются шины USB, PCI и

PCI-Express.

Основные компоненты, установленные на материнской плате:

Центральный процессор.

набор системной логики (англ. chipset) — набор микросхем, обеспечивающих

подключение ЦПУ к ОЗУ и контроллерам периферийных устройств. Как правило, современные

наборы системной логики строятся на базе двух СБИС: «северного» и «южного мостов».

Северный мост (англ. Northbridge), MCH (Memory controller hub), системный

контроллер — обеспечивает подключение ЦПУ к узлам, использующим

высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер.

Для подключения ЦПУ к системному контроллеру могут использоваться такие FSB-шины,

как Hyper-Transport и SCI.

Обычно к системному контроллеру подключается ОЗУ. В таком случае он содержит в

себе контроллер памяти. Таким образом, от типа применённого системного контроллера обычно

зависит максимальный объём ОЗУ, а также пропускная способность шины памяти персонального

компьютера. Но в настоящее время имеется тенденция встраивания контроллера ОЗУ

непосредственно в ЦПУ (например, контроллер памяти встроен в процессор в AMD K8 и Intel Core

i7), что упрощает функции системного контроллера и снижает тепловыделение.

В качестве шины для подключения графического контроллера на современных

материнских платах используется PCI Express. Ранее использовались общие шины (ISA, VLB, PCI) и

шина AGP.

Южный мост (англ. Southbridge), ICH (I/O controller hub), периферийный контроллер —

содержит контроллеры периферийных устройств (жёсткого диска, Ethernet, аудио), контроллеры

шин для подключения периферийных устройств (шины PCI, PCI-Express и USB), а также

контроллеры шин, к которым подключаются устройства, не требующие высокой пропускной

способности (LPC — используется для подключения загрузочного ПЗУ; также шина LPC

используется для подключения мультиконтроллера (англ. Super I/O) — микросхемы,

обеспечивающей поддержку «устаревших» низкопроизводительных интерфейсов передачи

данных: последовательного и параллельного интерфейсов, контроллера клавиатуры и мыши).

Как правило, северный и южный мосты реализуются в виде отдельных СБИС, однако

существуют и одночиповые решения. Именно набор системной логики определяет все ключевые

особенности материнской платы и то, какие устройства могут подключаться к ней.

Оперативная память (также оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) — в

информатике — память, часть системы памяти ЭВМ, в которую процессор может обратиться за

одну операцию (jump, move и т. п.). Предназначена для временного хранения данных и команд,

необходимых процессору для выполнения им операций. Оперативная память передаёт

процессору данные непосредственно, либо через кеш-память. Каждая ячейка оперативной

памяти имеет свой индивидуальный адрес.

ОЗУ может изготавливаться как отдельный блок или входить в конструкцию

однокристальной ЭВМ или микроконтроллера.

загрузочное ПЗУ — хранит ПО, которое исполняется сразу после включения питания. Как

правило, загрузочное ПЗУ содержит BIOS, однако может содержать и ПО, работающие в рамках

EFI.

Классификация материнских плат по форм-фактору

Архитектура ЭВМ и Вычислительных систем

Форм-фактор материнской платы — стандарт, определяющий размеры материнской

платы для персонального компьютера, места ее крепления к корпусу; расположение на ней

интерфейсов шин, портов ввода/вывода, сокета центрального процессора (если он есть) и слотов

для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания.

Форм-фактор (как и любые другие стандарты) носит рекомендательный характер.

Спецификация форм-фактора определяет обязательные и опциональные компоненты. Однако

подавляющее большинство производителей предпочитают соблюдать спецификацию, поскольку

ценой соответствия существующим стандартам является совместимость материнской платы и

стандартизированного оборудования (периферии, карт расширения) других производителей.

Устаревшие: Baby-AT; Mini-ATX; полноразмерная плата AT; LPX.

Современные: АТХ; microATX; Flex-АТХ; NLX; WTX, CEB.

Внедряемые: Mini-ITX и Nano-ITX; Pico-ITX; BTX, MicroBTX и PicoBTX

Существуют материнские платы, не соответствующие никаким из существующих форм-

факторов (см. таблицу). Обычно это обусловлено либо тем, что производимый компьютер

узкоспециализирован, либо желанием производителя материнской платы самостоятельно

производить и периферийные устройства к ней, либо невозможностью использования

стандартных компонентов (так называемый «бренд», например Apple Computer, Commodore,

Silicon Graphics, Hewle˜ Packard, Compaq чаще других игнорировали стандарты; кроме того в

нынешнем виде распределённый рынок производства сформировался только к 1987 году, когда

многие производители уже создали собственные платформы).

Форм-

фактор

Физические размеры

Спецификация,

год

Примечание

дюймы миллиметры

XT 8,5 × 11 216 × 279 IBM, 1983 архитектура IBM PC XT

AT 12 × 11/13 305 × 279/330 IBM, 1984

архитектура IBM PC AT

(Desktop/Tower)

Baby-AT 8,5 × 10/13 216 × 254/330 IBM, 1990

архитектура IBM PC XT (форм-фактор

считается недействительным с 1996

года.)

ATX 12 × 9,6 305 × 244 Intel, 1995

для системных блоков типов

MiniTower, FullTower

ATX Riser Intel, 1999 для системных блоков типа Slim

eATX 12 × 13 305 × 330

Mini-ATX 11,2 × 8,2 284 × 208

для системных блоков типа Tower и

компактных Desktop

microATX 9,6 × 9,6 244 × 244 Intel, 1997

имеет меньше слотов, чем ATX, также

возможно использование меньшего

PSU

LPX 9 × 11/13 229 × 279/330

Western Digital,

1987

для системных блоков типа Slim

Mini-LPX 8/9 × 10/11 203/229 × 254/279

Western Digital,

1987

для системных блоков типа Slim

Архитектура ЭВМ и Вычислительных систем

NLX 8/9 × 10/13,6 203/229 × 254/345 Intel, 1997

предусмотрен AGP, лучшее

охлаждение чем у LPX

FlexATX 9,6 × 7,5/9,6 244 × 190,5/244 Intel, 1999

разработан как замена для форм-

фактора MicroATX

WTX 14 × 16,75 355,6 × 425,4 1999

для высокопроизводительных

рабочих станций и серверов среднего

уровня

Mini-ITX 6,7 × 6,7 170 × 170

VIA

Technologies,

2003

допускаются только 100 Вт блоки

питания

Nano-ITX 120 × 120

VIA

Technologies,

2004

BTX 12,8 × 10,5 325 × 267 Intel, 2004

допускается до 7 слотов и 10

отверстий для монтажа платы

MicroBTX 10,4 × 10,5 264 × 267 Intel, 2004

допускается до 4 слотов и 7 отверстий

для монтажа платы

PicoBTX 8,0 × 10,5 203 × 267 Intel, 2004

допускается 1 слот и 4 отверстия для

монтажа платы

ETX и PC-

104

используются для встраиваемых

(embedded) систем

CEB 12 × 10,5 305 × 267 2005

для высокопроизводительных

рабочих станций и серверов среднего

уровня

Pico-ITX 3,9 × 2,7 100 х 72 VIA, 2007

используются в ультракомпактных

встраиваемых системах

SSI CEB ? × ? 305 x 259 ???

Материнские платы этого стандарта

обычно служат для построения

серверов. Разъемы для подключения

блока питания имеют 24+8 контактов.

Наиболее известными производителями материнских плат на российском рынке в

настоящее время являются фирмы Asus, Gigabyte, MSI, Intel, Elitegroup, AsRock. Ранее большой

известностью пользовались платы фирм Abit и Epox. На сегодня обе фирмы прекратили выпуск

материнских плат. Из российских производителей материнских плат можно упомянуть только

компанию Формоза, которая производила платы, используя компоненты фирм Lucky Star и

Albatron. Из украинских — корпорацию «Квазар-Микро».

[

Архитектура ЭВМ и Вычислительных систем

14. Общая характеристика архитектуры и

системы команд процессора i8086

Intel 8086 — первый 16-битный микропроцессор компании Intel, выпущенный 8 июня

1978 года. Процессор имел набор команд, который применяется и в современных процессорах,

именно от этого процессора берёт своё начало известная на сегодня архитектура x86.

Конкурентами микропроцессора i8086 являлись такие разработки, как NEC V30, который

был на 5 % производительнее i8086, но при этом был полностью с ним совместим. Советским

аналогом являлся микропроцессор К1810ВМ86, входивший в серию микросхем К1810.

Рынок 8-разрядных микропроцессоров в конце 1970-х был переполнен, и Intel оставляет

попытки на нём закрепиться и выпускает первый 16-битный процессор. Процессор i8086

представляет собой модернизированный процессор i8080 и, хотя, разработчики не ставили перед

собой цель достичь полной совместимости на программном уровне, большинство программ

написанных для i8080 способны выполняться и на i8086 после перекомпиляции. Новый процессор

несёт в себе множество изменений, которые позволили значительно (в 10 раз) увеличить

производительность по сравнению с предыдущим поколением процессоров.

Всего в процессоре i8086 было 14 16-разрядных регистров: 4 регистра общего назначения

(AX, BX, CX, DX), 2 индексных регистра (SI, DI), 2 указательных (BP, SP), 4 сегментных регистра (CS,

SS, DS, ES), программный счётчик или указатель команды (IP) и регистр флагов (FLAGS, включает в

себя 9 флагов). При этом регистры данных (AX, BX, CX, DX) допускали адресацию не только целых

регистров, но и их младшей половины (регистры AL, BL, CL, DL) и старшей половины (регистры AH,

BH, CH, DH), что позволяло использовать не только новое 16-разрядное ПО, но сохраняло

совместимость и со старыми программами (правда, их необходимо было, по крайней мере,

перекомпилировать).

Размер шины адреса был увеличен с 16 бит до 20 бит, что позволило адресовать 1 Мбайт

(220 байт) памяти. Шина данных была 16-разрядной. Однако в микропроцессоре шина данных и

шина адреса использовали одни и те же контакты на корпусе. Это привело к тому, что нельзя

одновременно подавать на системную шину адреса и данные. Мультиплексирование адресов и

данных во времени сокращает число контактов корпуса до 40, но и замедляет скорость передачи

данных.

Для того чтобы адресовать больший, чем i8080, объём памяти, потребовалось изменить

способ адресации памяти. Ведь если использовать старые методы, когда адрес к ячейке памяти

содержался в указательных регистрах, то пришлось бы увеличивать размер этих самых регистров,

чтобы иметь возможность обращаться к большему объёму памяти. Поэтому для адресации 1

Мбайт памяти применили следующую схему. На шину адреса подавался физический адрес

размером 20 бит, который формировался путём сложения содержимого одного из сегментных

регистров (16 бит), умноженного на 16, с содержимым указательного регистра: таким образом,

адресация ячейки памяти производилась по номеру сегмента и эффективному адресу ячейки в

сегменте (называемому также смещением). Если результат сложения оказывался больше, чем 220

-1, то 21-й бит отбрасывался; такая процедура называется «заворачиванием» адреса (англ. address

wraparound). Этот метод впоследствии (после появления защищённого режима) назвали

реальным режимом адресации процессора, такой режим позволяет адресовать до 1 Мбайт

памяти.

Таким образом, память разделяется на сегменты, размером 64 Кбайт каждый и

начинающиеся с адреса, кратного 16 (граница параграфа); память в 1 Мбайт разделялась, таким

образом, на 16 сегментов. Эти 16 сегментов называют страницами памяти. В компьютере,

подобном IBM PC, последние 6 страниц (A, B, C, D, E, F) памяти (т. н. верхняя память — англ. upper

memory) использовались для видеопамяти и BIOS-а, это ограничивало память, доступную

пользователю, объёмом в 640 Кбайт (т. н. обычная память — англ. convenwonal memory; страницы

0~9).

Архитектура ЭВМ и Вычислительных систем

На то время такой режим адресации обеспечивал множество преимуществ: ёмкость

памяти могла составлять до 1 Мбайт, хотя команды оперировали 16-битными адресами;

упрощалось использование отдельных областей памяти для программы, её данных и стека;

упрощалась разработка устройств, совместимых друг с другом.

Система команд процессора i8086 состоит из 98 команд (и более 3800 их вариаций): 19

команд передачи данных, 38 команд их обработки, 24 команды перехода и 17 команд управления

процессором. Микропроцессор не содержал команды для работы с числами с плавающей

запятой. Данная возможность реализовывалась отдельной микросхемой, называемой

математический сопроцессор, который устанавливался на материнской плате. Сопроцессор, вовсе

не обязательно должен был быть произвёден Intel (модель i8087), к примеру, некоторые

производители микросхем, такие, как Weitek, выпускали более производительные сопроцессоры,

чем Intel.

В микропроцессоре i8086 была использована примитивная форма конвейерной

обработки. Блок интерфейса с шиной подавал поток команд к исполнительному устройству через

6-байтовую очередь команд. Таким образом, выборка и выполнение новых команд могли

происходить одновременно. Это значительно увеличивало пропускную способность процессора и

лишало необходимости считывать команды из медленной памяти.

В персональных компьютерах процессор i8086 практически не использовался из-за

дороговизны специализированных микросхем, которые были необходимы для работы

процессора. Это поняли и в Intel, в 1979 году она выпускает процессор i8088, у которого шина

данных была 8-битной.

Архитектура ЭВМ и Вычислительных систем

15. . Вычислительные системы Классификация

вычислительных систем по Флинну

Вычислительная система (ВС) - это взаимосвязанная совокупность аппаратных средств

вычислительной техники и программного обеспечения, предназначенная для обработки

информации.

Иногда под ВС понимают совокупность технических средств ЭВМ, в которую входит не

менее двух процессоров, связанных общностью управления и использования общесистемных

ресурсов (память, периферийные устройства, программное обеспечение и т.п.).

Ресурсы вычислительной системы

К ресурсам вычислительной системы относят такие средства вычислительной системы,

которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный квант времени.

Основными ресурсами ВС являются процессоры, области оперативной памяти, наборы данных,

периферийные устройства, программы.

Виды вычислительных систем

В зависимости от ряда признаков различают следующие вычислительные системы (ВС):

 однопрограммные и многопрограммные (в зависимости от количества программ,

одновременно находящихся в оперативной памяти);

 индивидуального и коллективного пользования (в зависимости от числа

пользователей, которые одновременно могут использовать ресурсы ВС);

 с пакетной обработкой и разделением времени (в зависимости от организации и

обработки заданий);

 однопроцессорные, многопроцессорные и многомашинные (в зависимости от

числа процессоров);

 сосредоточенные, распределенные (вычислительные сети) и ВС с теледоступом (в

зависимости от территориального расположения и взаимодействия технических средств);

 работающие или не работающие в режиме реального времени (в зависимости от

соотношения скоростей поступления задач в ВС и их решения);

 универсальные, специализированные и проблемно-ориентированные (в

зависимости от назначения).

Режимы работы вычислительных систем

Мультипрограммирование

Мультипрограммирование - это режим обработки данных, при котором ресурсы

вычислительной системы предоставляются каждому процессу из группы процессов обработки

данных, находящихся в ВС, на интервалы времени, длительность и очередность предоставления

которых определяется управляющей программой этой системы с целью обеспечения

одновременной работы в интерактивном режиме.

Режим реального времени

Режим реального времени - режим обработки данных, при котором обеспечивается

взаимодействие вычислительной системы с внешними по отношению к ней процессами в темпе,

соизмеримом со скоростью протекания этих процессов.

Этот режим обработки данных широко используется в системах управления и

информационно-поисковых системах.

Однопрограммный режим работы вычислительной системы (ВС)

Аппаратные средства ЭВМ совместно с программным обеспечением образуют ВС. В

зависимости от класса ЭВМ и вида операционной системы ВС могут работать в режимах

однопрограммном и мультипрограммном.

В однопрограммном режиме работы в памяти ЭВМ находится и выполняется только одна

программ. Такой режим обычно характерен для микро-ЭВМ и персональных ЭВМ, то есть для

ЭВМ индивидуального пользования.

Архитектура ЭВМ и Вычислительных систем

Мультипрограммный (многопрограммном) режим работы вычислительной системы

(ВС)

В мультипрограммном (многопрограммном) режиме работы в памяти ЭВМ находится

несколько программ, которые выполняются частично или полностью между переходами

процессора от одной задачи к другой в зависимости от ситуации, складывающейся в системе.

В мультипрограммном режиме более эффективно используются машинное время и

оперативная память, так как при возникновении каких-либо ситуаций в выполняемой задаче,

требующих перехода процессора в режим ожидания, процессор переключается на другую задачу

и выполняет ее до тех пор, пока в ней не возникает подобная ситуация, и т.д.

При реализации мультипрограммного режима требуется определять очередность

переключения задач и выбирать моменты переключения, чтобы эффективность использования

машинного времени и памяти была максимальной.

Мультипрограммный режим обеспечивается аппаратными средствами ЭВМ и

средствами операционной системы. Он характерен для сложных ЭВМ, где стоимость машинного

времени значительно выше, чем у микро-ЭВМ. Разработаны также мультипрограммные ОС,

позволяющие одновременно следить за решением нескольких задач и повышать эффективность

работы пользователя.

Режим пакетной обработки

В зависимости от того, в каком порядке при мультипрограммном режиме выполняются

программы пользователей, различают режимы пакетной обработки задач и коллективного

доступа.

В режиме пакетной обработки задачи выстраиваются в одну или несколько очередей и

последовательно выбираются для их выполнения.

Режим коллективного доступа

В режиме коллективного доступа каждый пользователь ставит свою задачу на

выполнение в любой момент времени, то есть для каждого пользователя в такой ВС реализуется

режим индивидуального пользования. Это осуществляется обычно с помощью квантования

машинного времени, когда каждой задаче, находящейся в оперативной памяти ЭВМ, выделяется

квант времени. После окончания кванта времени процессор переключается на другую задачу или

продолжает выполнение прерванной в зависимости от ситуации в ВС. Вычислительные системы,

обеспечивающие коллективный доступ пользователей с квантованием машинного времени,

называют ВС с разделением времени.

Классификация Флинна

По-видимому, самой ранней и наиболее известной является классификация архитектур

вычислительных систем, предложенная в 1966 году М.Флинном [1,2]. Классификация базируется

на понятии потока, под которым понимается последовательность элементов, команд или данных,

обрабатываемая процессором. На основе числа потоков команд и потоков данных Флинн

выделяет четыре класса архитектур: ОКОД(SISD),МКОД(MISD),ОКМД(SIMD),МКМД(MIMD).

ОКОД(SISD) (single instrucwon stream / single data

stream) - одиночный поток команд и одиночный поток

данных. К этому классу относятся, прежде всего, классические

последовательные машины, или иначе, машины фон-

неймановского типа, например, PDP-11 или VAX 11/780. В

таких машинах есть только один поток команд, все команды

обрабатываются последовательно друг за другом и каждая

команда инициирует одну операцию с одним потоком

данных. Не имеет значения тот факт, что для увеличения скорости обработки команд и скорости

выполнения арифметических операций может применяться конвейерная обработка - как машина

CDC 6600 со скалярными функциональными устройствами, так и CDC 7600 с конвейерными

попадают в этот класс.