1. Определение понятия архитектура и организация вычислительных систем

Вычислительная машина – комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач пользователей.

Вычислительная система – совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или вычислительных машин, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенная для подготовки и решения задач пользователя.

Основной отличительной чертой вычислительных систем является наличие в них средств, реализующих параллельную обработку за счет построения параллельных ветвей в вычислениях.

Под архитектурой вычислительных машин, как правило, понимается логическое построение ВМ, то есть то, какой представляется машина программисту, разрабатывающему программу на машинноориентированном языке. Это определение архитектуры в “узком” смысле. Оно охватывает следующее: перечень и формат команд, формы представления данных, механизмы ввода-вывода, способы адресации памяти, назначение и состав регистров общего назначения, а также других адресуемых регистров. Однако при таком подходе из рассмотрения выпадают такие важные вопросы как состав устройств, сложность процессора, емкость памяти, тактовая частота. Круг этих вопросов принято определять понятием организация или структурная организация.

Более часто применительно к ВМ используется понятие архитектуры в “широком“ смысле или просто архитектуры, объединяющее в себе как архитектуру в “узком” смысле, так и организацию ВМ.

Термин “архитектура” применительно к вычислительным системам дополнительно включает в себя вопросы выделения составляющих ВС (иерархии ВС), распределения функций между ними и определение взаимодействия между составляющими.

2. Компьютерные сети. Основные понятия

Компьютерная сеть представляет собой совокупность компьютеров, а так же различных электронных систем и устройств, подключаемых к компьютерам, обеспечивающую управление и обмен информацией между компьютерами в сети без каких – либо промежуточных носителей информации. Главное назначение компьютерных вычислительных - упростить и ускорить процесс взаимодействия между конечными пользователями, т.е. клиентами сети, а так же организация доступа пользователей к общим сетевым ресурсам. Компьютерные сети бывают различных видов: например, по их масштабу и территории они подразделяются на локальные(LAN) и глобальные(WAN), по уровню организации: одноранговые и на основе сервера, по скорости передачи информации на низко-, средне- и высокоскоростные, по типу соединения: на коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные, с передачей информации по радиоканалу и в инфракрасном диапазоне, по топологии сети т.е. структуре связей между ее основными функциональными элементами: звездная, шинная, кольцевая. Функции компьютеров, входящих в сеть: - Организация доступа к сети, - Управление передачей информации, - Предоставление вычислительных ресурсов и услуг абонентам сети. Любая компьютерная сеть характеризуется: топологией, протоколами, интерфейсами, сетевыми техническими и программными средствами, используемыми в этой сети: - Сетевые технические средства представляют собой различные электронные устройства, обеспечивающие объединение компьютеров в вычислительную сеть (кабеля, коммутаторы, концентраторы(Hab), серверы, маршрутизаторы); - Протокол это набор определенных правил взаимодействия и обмена информации между компьютерами и другими функциональными элементами данной сети; - Сетевые программные средства обеспечивают корректную работу сети, осуществляют программное управление работой сети и интерфейс с конечным пользователем (сетевая операционная система, программное обеспечение управления сетью); - Интерфейс – это средства сопряжения функциональных элементов сети. Интерфейсы разделяются на аппаратные и программные.

3. Фон-неймановская архитектура

Д ля современных ВМ исходной является концепция Дж. фон Неймана, согласно которой определяется автономно работающая универсальная машина, объединяющая устройство управления, двоичное арифметическое устройство, память, устройства ввода и вывода.

Вычисления осуществляются последовательно под централизованным управлением от команд. Набор команд составляет машинный язык низкого уровня реализации простых операций над элементарными операндами. Память достаточно большой емкости, хранящая как команды, так и данные, состоит из ячеек фиксированного размера, линейно организованных в линейном пространстве.

Концепция неймановской архитектуры предусматривает единственное арифметическое устройство и одну глобальную основную память, что обуславливает последовательную обработку и тем самым ограничивает скорость выполнения вычислений. Это узкое место последовательной неймановской архитектуры призваны устранить параллельные архитектуры. Для этих архитектур во всех случаях независимо от формы реализации обработка распараллеливается по нескольким процессорам и осуществляется с совмещением по времени.