Рис.1.1. Структура ЭВМ фон Неймана
Организация вычислительного процесса
Аппаратное и программное обеспечение эвм
Аппаратное обеспечение – это «железо» эвм.
Функциональная организация типовой эвм
1. Процессор (центральный процессор) — основной вычислительный блок компьютера, содержит важнейшие функциональные устройства:
устройство управления с интерфейсом процессора (системой сопряжения и связи процессора с другими узлами машины);
арифметико-логическое устройство;
процессорную память.
Процессор, по существу, является устройством, выполняющим все функции элементарной вычислительной машины.
2. Оперативная память — запоминающее устройство, используемое для оперативного хранения и обмена информацией с другими узлами машины.
3. Каналы связи (внутримашинный интерфейс) служат для сопряжения центральных узлов машины с ее внешними устройствами.
4. Внешние устройства обеспечивают эффективное взаимодействие компьютера с окружающей средой: пользователями, объектами управления, другими машинами. В состав внешних устройств обязательно входят внешняя память и устройства ввода-вывода.
ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К КЛАССИЧЕСКОЙ ЭВМ:
1. Система команд должна располагаться в специальном устройстве.
2. Команды и числа имеют одну форму представления.
3. Иерархическая организация памяти.
4. АЛУ использует только операцию сложения.
5. Использование параллельного принципа организации процесса.
Структурная организация типовой эвм
ЭВМ содержит следующие основные устройства: арифметико-логическое устройство, память, устройство управления, устройства ввода вывода.
АЛУ – производит арифметические и логические преобразования над поступающими в него машинными словами, т.е. кодами определённой длины, представляющими ту или иную информацию.
Память хранит информацию, передаваемую из других устройств. Память состоит из двух частей: быстродействующей основной (оперативной) памяти (ОП) и медленной, но способную хранить значительно больший объём информации, временной памяти (ВП).
Управляющее устройство (УУ) автоматически без участия человека управляет вычислительным процессом, посылая всем другим устройствам сигналы, предписывающие им те или иные действия.
Устройства ввода предназначены для преобразования информации, посту-пающей в ЭВМ из внешнего мира(окружающей среды). А устройства вывода для преобразования обработанной ЭВМ информации, удобную для человека.
Основные характеристики эвм
Функциональные возможности компьютеров обусловлены такими важнейшими технико-эксплуатационными характеристиками, как:
быстродействие, измеряемое усредненным количеством операций, выполняемых машиной за единицу времени;
разрядность и формы представления чисел, которыми оперирует компьютер;
номенклатура, емкость и быстродействие всех запоминающих устройств;
номенклатура и технико-экономические характеристики внешних устройств хранения, обмена и ввода-вывода информации;
типы и пропускная способность устройств связи и сопряжения узлов компьютера между собой (тип внутримашинного интерфейса);
способность компьютера одновременно работать с несколькими пользователями и выполнять параллельно несколько программ (многозадачность);
типы и технико-эксплуатационные характеристики операционных систем, используемых в машине;
наличие и функциональные возможности программного обеспечения;
способность выполнять программы, написанные для других типов компьютеров (программная совместимость с другими типами компьютеров);
система и структура машинных команд;
возможность подключения к каналам связи и к вычислительной сети;
эксплуатационная надежность компьютера;
коэффициент полезного использования компьютера во времени, определяемый соотношением времени полезной работы и времени профилактики.
Общетехнические характеристики ЭВМ:
1) Быстродействие, которое характеризуется числом команд, выполняемых ЭВМ за одну секунду. Поскольку в состав команд ЭВМ включаются операции, различные по длительности выполнения и по вероятности их использования, то имеет смысл характеризовать его или средним быстродействием ЭВМ, или предельным. Современные ВМ имеют очень высокие характеристики по быстродействию, измеряемые десятками и сотнями миллионов операций в секунду.
2) Часто вместо характеристики быстродействия используют связанную с ней характеристику производительности – объем работ, осуществляемых ЭВМ в единицу времени.
3) Емкость запоминающих устройств. Емкость памяти измеряется количеством структурных единиц информации, которое может одновременно находиться в памяти. Этот показатель позволяет определить, какой набор программ и данных может быть одновременно размещен в памяти.
4) Надежность – это способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени
5) Точность – возможность различать почти равные значения. Точность получения результатов обработки в основном определяется разрядностью ЭВМ, а также используемыми структурными единицами представления информации (байтом, словом, двойным словом).
6) Достоверность – свойство информации быть правильно воспринятой. Достоверность характеризуется вероятностью получения безошибочных результатов. Заданный уровень достоверности обеспечивается аппаратурно-программными средствами контроля самой ЭВМ. Возможны методы контроля достоверности путем решения эталонных задач и повторных расчетов. В особо ответственных случаях проводятся контрольные решения на других ЭВМ и сравнение результатов.