Организация ЭВМ и вычислительных систем презентация

Организация ЭВМ и вычислительных систем

ОЭВМ и ВС Лекции ведет: Пехов Олег Валерьевич, ассистент каф. КИБЭВС Практические и Лабораторные работы ведут: Пехов Олег Валерьевич Антипов Денис Александрович Крохман Сергей Николавеич

Продолжительность дисциплины - 1 семестр Продолжительность дисциплины - 1 семестр Для групп 716-1,2 дисциплина называется Аппаратные средства вычислительной техники (АСВТ)

Структура курса и рейтинг Допуск к экзамену – обязательная сдача всех практических и лабораторных работ Максимально возможная сумма баллов на экзамене - 30 баллов (3 вопроса по 10 баллов за ответ на каждый)‏ Общий итог за курс - 100 баллов

Правила оценки 2 контрольных точки (промежуточные аттестации) и итоговая – в конце семестра Для 736-1,2 - зачет с 60 баллов Дополнительные баллы за ускоренную сдачу и др. За просроченную сдачу – уменьшение баллов

Литература В.А. Тихонов, А.В. Баранов «Организация ЭВМ и систем» Б.Я. Цилькер, С.А. Орлов «Организация ЭВМ и систем» Э. Таненбаум, Т. Остин «Архитектура компьютера» К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки «Организация ЭВМ» В.Г. Хорошевский «Архитектура вычислительных систем» М.Ю. Гук «Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия» Д.М. Хэррис, С. Л. Хэррис «Цифровая схемотехника и архитектура компьютера»

Тема 1 Общие сведения об организации и архитектуре ЭВМ и систем

Терминология в области ЭВМ, ВС и комплексов

Терминология в области ЭВМ, ВС и комплексов

Терминология в области ЭВМ, ВС и комплексов

Нулевое поколение Механические компьютеры (1642-1945) 1642г. Блез Паскаль сконструировал счетную машину 1801г. Жозеф Мария Жаккард строит ткацкий станок с программным управлением, программа работы которого задается с помощью комплекта перфокарт. 1832г. Чарльз Бэббидж построил разностную машину 1938 год. Немецкий инженер Конрад Цузе строит механический программируемый вычислитель Z1 с памятью на 1000 бит. 1943г. Группа ученых Гарвардского университета во главе с Говардом Айкеном разрабатывает вычислитель ASCC Mark I (Automa­tic Sequence-Controlled Calculator Mark I). - первый программно-управляемый вычислитель, получивший широкую известность.

Поколения ЭВМ

Закон Мура

Классификация ЭВМ и вычислительных систем по областям применения Настольные ЭВМ (персональные ЭВМ и рабочие станции) Портативные (переносимые) ЭВМ Серверы Мейнфреймы Супер-ЭВМ Одноразовые компьютеры Микроконтроллеры

Настольные ЭВМ Персональный компьютер - настольная ЭВМ, имеющая эксплуатационные характеристики бытового прибора и универсальные функциональные возможности. Ориентирован на широкого потребителя-непрофессионала Основным отличием рабочих станций от ПК является ориентация на профессиональных пользователей, внушительный набор дорогих периферийных устройств, состав которых зависит от области использования рабочей станции Классификация настольных систем: системы «начального уровня», комплектующие, представлены на рынке 1-2 года; моральное устаревание в течение 1-2 лет, низкая цена; системы «среднего уровня» комплектующие, срок пребывания на рынке которых не превышает полугода; моральное устаревание в течение 2-3 лет, данный класс предлагает оптимальное соотношение «производительность/ стоимость»; системы «высшего уровня» (high-end) строятся на базе наиболее производительных (и наиболее дорогих) на данный момент комплектующих; моральное устаревание происходит не раньше, чем через 4-5 лет, но данные модели отличаются наиболее высокой ценой.

Портативные ЭВМ Отличаются малыми размерами и массой и, следовательно, возможностью переноса и работы в дороге.

Первый ноутбук IBM 5100

Ноутбуки Отличительной особенностью ноутбуков является изготовление их в виде раскладывающейся книги, на одной стороне которой располагается клавиатура, а на другой — экран монитора. Ноутбук—это полностью автономная ЭВМ, оборудованная встроенным дисплеем, клавиатурой, указательным устройством и аккумуляторной батареей. Ведущими мировыми производителями ноутбуков, являются фирмы IBM, HP, Dell, ASUS и Toshiba.

Серверы Под сервером понимают выделенную ЭВМ в составе вычислительной сети, обладающую некоторыми аппаратно-программными ресурсами и предоставляющую данные ресурсы пользователям по их запросам. Производительность сервера определяется производительностью и сбалансированностью его трех основных подсистем: процессорной, дисковой и сетевой.

Мэйнфреймы Основные поставщики - IBM, Amdahl, ICL, Siemens, Nixdorf В архитектурном плане - многопроцессорные системы, содержащие один или несколько центральных и периферийных процессоров с общей памятью, связанных между собой высокоскоростными магистралями передачи данных. Основная ориентация — высоконадежная централизованная высокопроизводительная обработка массированного потока транзакций

Супер-ЭВМ Супер ЭВМ - ЭВМ, относящаяся к классу ВМ, имеющих самую высокую производительность, которая может быть достигнута на данном этапе развития технологии, и, в основном, предназначенных для решения сложных научно-технических задач. Отличительные признаки: 1. Не является изделием массового выпуска 2. Это ЭВМ, ориентированная на вычисления Для создания супер-ЭВМ в условиях серийного производства микропроцессоров остался единственный путь — объединение многих процессоров для параллельного решения одной особо сложной задачи. С этого момента любая супер-ЭВМ обязательно стала представлять собой параллельную многопроцессорную вычислительную систему.

Одноразовые компьютеры Микросхемы RFID (Radio Frequency Identification — радиочастотная идентификация) могут применяться при маркировке товаров, в багажных системах, транспорте

Микроконтроллеры Выполняют функцию управления устройствами и организации их пользовательских интерфейсов Применение: бытовые приборы, коммуникаторы, периферийные устройства, развлекательные устройства, формирователи изображений, медицинское оборудование, военные комплексы вооружений, торговое оборудование. Каждый микроконтроллер состоит из процессора, памяти и средств ввода-вывода. Микроконтроллеры бывают 4-, 8-, 16- и 32-разрядными. Различия со стандартными ПК: Спрос на микроконтроллеры в максимальной степени обусловлен ценами па них. Почти все микроконтроллеры работают в реальном времени. Встроенные системы зачастую ограничены по многим электрическим и механическим параметрам, таким как размер, вес и энергопотребление.

Классификация вычислительных систем

Классификация вычислительных систем По назначению: универсальные и специализированные По сложности (в зависимости от количества и сложности входящих в них элементов): простые, сложные и очень сложные ВС По типу ЭВМ, из которых комплектуется ВС: однородные и неоднородные ВС По степени централизации: централизованные и децентрализованные

Классификация вычислительных систем По принципу закрепления вычислительных функций за отдельными ЭВМ: ВС с жестким и плавающим закреплением функций По формам обслуживания: системы с пакетной обработкой, с разделением времени и реального времени По временному режиму работы: ВС, работающие в оперативном и неоперативном режиме По степени территориальной разобщенности основных элементов: системы совмещенного типа, (локальные) и системы разобщенного типа (глобальные)

Классификация вычислительных систем По стоимости и объему внешней памяти: сверхбольшие, большие и малые По элементной базе: полупроводниковые, квантовые, молекулярные, оптические и др. По архитектуре: ВС последовательного типа (обычные ЭВМ) и параллельные ВС По постоянству структуры системы: ВС с постоянной и с переменной структурой

Показатели качества функционирования ЭВМ и ВС Качеством (quality) будем называть совокупность свойств, определяющих возможность использования ВС по назначению Показатель качества — это вектор, компонентами которого служат показатели свойств, являющиеся частными показателями качества Сложности при оценке качества ВС: В большинстве случаев не удается установить единый обобщенный показатель качества Не существует методики установления требований на показатели качества

Основные показатели, характеризующие качество ЭВМ или ВС Показатели эффективности Показатели производительности Показатели надежности и готовности Показатели адаптивности 5) Показатели экономичности

Показатели эффективности Эффективность ЭВМ или ВС (System Efficiency) — это качество системы, характеризующее ее техническое совершенство, экономическую целесообразность и отражающее степень ее соответствия своему назначению Показатели эффективности можно разделить на технические и экономические

Показатели производительности На оценку производительности одной ЭВМ влияют следующие факторы. тип задач; число тех или иных операций, выполняемых при решении задачи; стиль программирования и другие особенности программы; логические возможности системы команд; структура процессора; характеристики и организация оперативной (ОП) и внешней памяти (ВП); особенности системы ввода-вывода; состав и характеристики УВВ и др.

Показатели производительности MIPS (Million Instructions Per Second — «миллион команд в секунду») - скорость выполнения операций в единицу времени MFLOPS (Million FLoating point Operations Per Second — «миллион операций с плавающей точкой в секунду») -предназначена для оценки производительности только операций с плавающей точкой и поэтому не применима вне этой ограниченной области

Показатели производительности Пиковая, или техническая, производительность представляет собой теоретический максимум быстродействия компьютера при идеальных условиях. Идеальные условия обеспечиваются при: подаче на вход процессоров ВС независимых друг от друга идеальных программ, каждая из которых состоит из бесконечной последовательности не связанных между собой и не конфликтующих при доступе в память команд; задействовании в процессе выполнения идеальной программы всех арифметико-логических устройств (АЛУ) всех процессоров, входящих в состав ВС. При этом предполагается, что все операнды выбираются из наиболее быстрой памяти данных, а команды— из наиболее быстрой памяти команд в общей иерархии памяти ВС.

Показатели производительности Реальная производительность зависит от архитектуры ЭВМ и ВС, от программы, обрабатываемых данных. В настоящее время для оценки реальной производительности ЭВМ и ВС используют целый ряд различных методик и тестов: тесты производителей стандартные тесты тесты пользователей Время ответа (Time of answer) — это длительность промежутка времени от момента поступления задания в систему до момента окончания его выполнения.

Показатели надежности и готовности Надежность - свойство системы выполнять заданные функции, не изменяя во времени значения установленных эксплуатационных параметров, в заданных пределах, соответствующих определенным режимам и условиям эксплуатации, включающим условия использования, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования Готовность системы - способность технического устройства быть готовым к действию в любой момент времени. В свою очередь, готовность ЭВМ и ВС складывается из следующих составляющих: доступность; безотказность; безопасность; ремонтопригодность. Ошибкой называется такое состояние системы, которое может привести к ее неработоспособности Отказом системы называется такое ее поведение, которое не удовлетворяет ее спецификациям

Методы и средства повышения надежности ЭВМ и ВС Производственные Схемно-конструкторские Эксплуатационные

Производственные методы Производственными считаются методы, определяющие пути повышения надежности в процессе создания элементов ЭВМ и ВС. К ним обычно относят: 1) получение однородной продукции 2) стабилизацию технологии 3) анализ дефектов и механизмов отказов 4) исключение известных видов отказов 5) разработку методов испытаний. Определение зависимостей показателей надежности от интенсивности внешних воздействий 6) проведение ускоренных испытаний и тренировки изделий 7) повышение культуры производства 8) контроль качества изделий на всех участках технологического процесса

Схемно-конструкторские методы Схемно-конструкторские методы повышения надежности используются инженерами-разработчиками на стадии проектирования ЭВМ и ВС. К ним относятся: 1) выбор подходящих уровней нагрузки 2) унификацию элементов и узлов. Входной контроль элементов и узлов 3) разработку схем с широкими допусками на отклонение параметров эле-ментов 4) резервирование 5) контроль работы оборудования и введение избыточности по времени 6) использование корректирующих кодов

Эксплуатационные методы Эксплуатационные методы обеспечивают повышение надежности за счет организации технического обслуживания ЭВМ и ВС. Эта группа методов включает: 1) сбор информации по надежности ЭВМ и ВС 2) коррекцию рабочих режимов ЭВМ и ВС 3) проведение профилактических мероприятий 4) обучение обслуживающего персонала

Показатели адаптивности Под адаптивностью системы понимается способность ВС к самоорганизации Масштабируемость - возможность наращивания числа и мощности процессоров, объемов оперативной и внешней памяти и других ресурсов вычислительной системы. Совместимость и мобильность ПО

Показатели экономичности Экономичность ЭВМ или ВС оценивается затратами на разработку и эксплуатацию В стоимость входит стоимость как технических средств, так и программного обеспечения

Перечень факторов, определяющих стоимость ПО

Самостоятельная работа Б.Я. Цилькер, С.А. Орлов «Организация ЭВМ и систем» Глава 1 параграф «Эволюция средств автоматизации вычислений» с.23-35 Э. Таненбаум, Т. Остин «Архитектура компьютера» Глава 1 параграф «Развитие компьютерной архитектуры» с.31-47; Глава 1 параграф «Типы компьютеров» с. 47-60 В.А. Тихонов, А.В. Баранов «Организация ЭВМ и систем» Глава 1 «Базовые сведения теории вычислительных машин, комплексов и систем» с. 6-57;