Информация кодируется в двоичной форме и разделяется на элементы называемые словами.

Тема1.1

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭВМ

ЭВМ бывают двух видов :

АНАЛОГОВЫЕ

ЦИФРОВЫЕ

Аналоговые ЭВМ должны быть средствами электрического моделирования исследуемых закономерностей. Эти машины называются аналоговыми или (АВМ)

Цифровые ЭВМ принципиально отличаются от АВМ тем, что они передают электрические сигналы сообщений не моделью значений самой величины, а моделью числового ее эквивалента.

Любое число состоит из разрядов, поэтому дискретное сообщение может иметь количественную характеристику: Сколько разрядов передается по линии связи и сколько при этом используется таких линий. Дискретная модель зарядов в свою очередь может иметь количественную характеристику. Принятые дискретные сообщения запоминаются и обрабатываются в цифровых устройствах, т.е. устройствах оперирующих моделями чисел. Такие устройства называют ЦВМ или ЭВМ

Цифровые преобразования в отличии от аналоговых выполняются последовательно т.е. операция за операцией. В связи с этим цифровые системы имеют замечательное свойства:

1. последовательность вычислений (операций)
2. Ввода\вывода информации у них автоматизирована

Для этого составляется программа последовательности вычислений и ввода вывода информации.

Вопрос1 Организационные принципы работы ЭВМ

Основа работы ЭВМ заключается в ее способности выполнять последовательность команд. Для реализации этого используются не только аппаратные средства но и программное обеспечение которое является неотъемлемой частью ЭМВ.

Принципы работы ЭВМ были сформулированы американским математиком Фон-Нейманом в 1945 году

Информация кодируется в двоичной форме и разделяется на элементы называемые словами.

2. Слова разного назначения при обращении к ним различаются не способом кодирования, а необходимостью использования.

3. Слова размещаются в памяти и идентифицируются (определяются) адресами слов.

4. Алгоритм представляется виде последовательности команд, определяющий наименование операции и адрес (номер) слова в памяти.

5. Команды выполняются последовательно в соответствии с их расположением в памяти.

Архитектура ЭВМ т.е структура ПК и организация работы за последние годы претерпела ряд изменений.

1. Первые ЭВМ использовали слова одинаковой длины Слова стали переменной длины с дополнительным указанием о формате. Переменный формат стал использоваться как для команд, так и для операндов и результатов операций.

2. Если назначение слов определяется только необходимостью их использования, то программа заранее должна знать все назначения слов и их адресация. Т.О. только в в пределах отведенных зон памяти назначение слов определяется необходимостью их использования.

3. Искомые слова как прежде определяются адресами. Однако способы адресации стали многообразнее. Для удобства организации вычислительного процесса часто используется адресное обращение не к одному слову, а к массиву слов. В этом случае должна указываться характеристика массива, прежде всего его размер и начальный адрес.

4. Структура команд стала переменной по длине. В команды стали записываться сведения о способах адресации. Поле адресов в командах в некоторых случаях стали занимать константы, непосредственно с которыми следует выполнять операцию.

5. Последовательность выполнения команд в основном сохраняется. Однако широко используются процедуры внутрипрограммных переходов и межпрограммных взаимодействий с прерыванием программ.

Вопрос2Типы вычислительных машин (ВМ)

различают:

По способу представления и обработки информации:

аналоговые

цифровые

гибридные

комбинированного типа

По среде представления и обработки информации:

механические;

электромеханические;

гидравлические;

- пневматические;

- оптические;

- магнитные;

По назначению ЭВМ классифицируются следующим образом

1. Универсальные;

2. Проблемно-ориентированные;

3. Специализированные.

По Режиму работы:

1. Однопрограммные ВМ (переходят к выполнению следующей программы только после выполнения предыдущей. Ресурсы ЭВМ используются только действующей программой. При работе ЭВМ возможны простои на период ввода вывода информации).

1.1. индивидуального пользования.

Наиболее удобны в эксплуатации. Все ресурсы ЭВМ предоставляются одному пользователю, но эффективность использования при этом аппаратурных средств и программного обеспечения снижается.

1.2. машинно-пакетной обработки.

2. Мультипрограммные ВМ.(более сложны по архитектуре, но более эффективны по использованию ресурсов. Ресурсы ЭВМ представляет только тем программам, которые могут их использовать).

2.1. пакетная обработка.

Выполняет программы записанные заранее во внешней памяти. Пользователи при этом не имеют непосредственного доступа к ЭВМ, т.е. программы не могут выполняться в режиме диалога. Для обработки программ их приходиться несколько раз (после исправлений последовательно вводить в пакеты программ. Эффективность работы при этом снижается.

2.2. машины коллективного пользования.

Предоставляют аппаратурные и программные ресурсы одновременно нескольким пользователям. При этом каждому пользователю выделяется терминал, с помощью которого он связывается с ЭВМ, следит за выполнением своих программ, осуществляются запросы к ЭВМ. Режим коллективного пользования может быть реализован только высокопроизводительными вычислительными системами.

2.2.1. без разделения времени.

2.2.2. С разделением времени.

По Количеству процессоров:

1. Однопроцессорные.

2. Мультипроцессорные.

3. Многомашинные системы.

ЭВМ создаются как для увеличения производительности, так и для повышения надежности. В ЭВМ повышенной надежности выход из строя одной из машин не приводит к полному отказу всей вычислительной системы, так как функции отказавшего устройства могут взять на себя другие.

по способу объединения и размещения:

1. Сосредоточенные.

расположенные практически в одном помещении, а устройства связываются между собой внутренними интерфейсными линиями связи

2. Системы с телеобъединением или теледоступом (телообработкой).

Некоторые источники и потребители информации, в том числе и терминалы, могут располагаться на удалении от вычислительного ядра. Для связи с удаленными терминалами и другими периферийными устройствами используются стандартные или не стандартные каналы связи

3. Вычислительные сети.

Территориально разнесенные многомашинные системы, объединенные каналами связи.

По особенности функционирования:

- Без режима реального времени.

- С режимом реального времени.

Используются обычно в системах управления объектами или технологическими процессами . Результаты обработки состояния управляемых объектов непосредственно используются для воздействия на эти объекты или процессы совершаемые в объектах.

По набору параметров:

1. Супер-ЭВМ – для решения крупномасштабных вычислительных задач, для обслуживания крупных баз данных.

2. Большие ЭВМ – для комплектования ведомственных и региональных центров. Представители: IBM S/390 (1-10 процессоров) – производительность(1,5 – 160мил. Оп/сек).

3. Средние ЭВМ – для управления сложными процессами, используются в качестве серверов. Представители: RS/6000, AS/400.

4. Персональные и профессиональные ЭВМ – для индивидуальных пользователей.

5. Встраиваемые микропроцессоры – бытовая техника.

6. Калькуляторы.

Основные характеристики вычислительных машин.

1. Технические характеристики:

1.1. Внешние:

1.1.1. Производительность.(т.е max выполняемая вычислительная работа)

Оценить ее сложно поэтому принято принимать время выполнения типового набора операций. Для разного класса задач типовой набор будет разным.

1.1.2. Быстродействие.

1.1.3. Быстродействие при выполнении операций с плавающей точкой.

1.1.4. Производительность по Гибсону (на наборе задач).

1.1.5. Объем оперативной памяти.

1.1.6. Количество периферийных устройств.

1.2. Внутренние:

1.2.1. Длина слова процессора.

1.2.2. Длина слова Оперативной Памяти.

1.2.3. Наличие буферной (КЕШ) памяти.

1.2.4. Скорость передачи информации ядро ПУ.

2. Эксплуатационные характеристики:

2.1. Потребляемая мощность.

2.2. Габариты.

2.3. Надежность.

Надежность работы ЭВМ определяется двумя основными факторами:

- Средней частотой нарушения работы ЭВМ из-за ее отказов и сбоев

- Среднем временем восстановления работоспособности ЭВМ.

2.4. Обслуживаемость.

3. Экономические характеристики:

3.1. цена новой ЭВМ.

3.2. Стоимость обслуживания.

3.3. Стоимость эксплуатационных расходов.

3.4. Общий коэффициент эффективности.

Области и способы применения ЭВМ.

1. Автоматизация вычислений.

2. Системы управления (начиная с 60-х гг.) Требования: они должны более дешевые по сравнению с большими машинами. Должны быть более надежными;

3. Задачи искусственного интеллекта.