🗊 Раздел 2. Общий состав и структура электронно-вычислительных машин и вычислительных систем Тема 2.1 Архитектура ЭВМ и вычислите

Раздел 2. Общий состав и структура электронно-вычислительных машин и вычислительных систем Тема 2.1 Архитектура ЭВМ и вычислительных систем

Содержание 1.Принципы Джона фон Неймана 2.Магистрально-модульный принцип построения компьютера 2.1 Северный и Южный мосты 2.2 Шины 3. Методы классификации компьютеров 3.1 Классификация по назначению 3.2 Классификация по уровню специализации 3.3 Классификация по типоразмерам 3.4 Классификация по совместимости 4.Контрольные вопросы

Принципы Джона фон Неймана В основе построения большинства ЭВМ лежат три общих принципа, сформулированных Дж. фон Нейманом (1945): программное управление, однородность памяти, адресность. Принцип программного управления заключается в том, что выполнение программ процессором осуществляется автоматически без вмешательства человека. Принцип однородности памяти заключается в том, что в памяти компьютера хранятся как программы, так и данные. Принцип адресности состоит в том, что все ячейки основной памяти компьютера пронумерованы и процессору доступна любая ячейка памяти. Классические типы архитектур ЭВМ: звезда, иерархическая и магистральная архитектуры. Современные компьютеры типа IBM PC построены по принципу магистрально-модульной архитектуры.

Магистрально-модульный принцип построения компьютера В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульность позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) прин­цип обмена информацией между устройствами.

Многие необходимые дополнительные устройства интег­рированы в современные материнские (системные) платы. Раньше эти устройства подключались к материнской плате с помо­щью слотов расширения и разъемов Чипсет. Важнейшей частью материнской платы являет­ся чипсет, который во многом определяет архитектуру со­временного персонального компьютера. Современные ком­пьютеры содержат две основные большие микросхемы чипсета (рис. 1.13):   Северный мост обеспечивает работу процессора с оперативной памятью и с видеоподсисте­мой; Южный мост обеспечивает работу с внешними устройствами.

Пропускная способность шины. Быстродействие процес­сора, оперативной памяти и периферийных устройств суще­ственно различается. Быстродействие устройства зависит от тактовой частоты обработки данных (обычно измеряется в мегагерцах — МГц) и разрядности, Пропускная способность шины (измеряется в бит/с) равна произведению разрядности шины (измеряется в битах) и частоты шины (измеряется в герцах — Гц, 1 Гц = 1 такт в секунду): Системная шина. Между Северным мос­том и процессором данные передаются по системной шине. Пропускная способность системной шины равна: 64 бита • 1600 МГц = 102400 Мбит/с = = 100 Гбит/с = 12,5 Гбайт/с. Частота процессора. В процессоре используется внут­реннее умножение частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины. Шина памяти. Обмен данными между се­верным мостом и оперативной памятью производится по шине памяти, частота которой может быть больше, чем частота системной шины. Про­пускная способность шины памяти также равна: 64 бита • 1600 МГц = 102 400 Мбит/с = = 100 Гбит/с = 12,5 Гбайт/с = 12 800 Мбайт/с. Шина PCI Express. PCI Express — ускоренная шина взаимодействия периферийных устройств. Пропускная способность этой шины может дос­тигать 32 Гбайт/с. Шина SATA. Устройства внешней памя­ти подключаются к южному мосту по шине SATA, скорость передачи данных по которой может достигать 300 Мбайт/с. Шина USB. Для подключения принтеров, сканеров, цифровых камер и других периферийных уст­ройств обычно используется шина USB. Эта шина об­ладает пропускной способностью до 60 Мбайт/с и обеспечи­вает подключение к компьютеру одновременно до 127 пери­ферийных устройств

Методы классификации компьютеров Классификация по назначению. Классификация по назначению — один из наиболее ранних методов классифика­ции. Он связан с тем, как компьютер применяется. По этому принципу различают большие ЭВМ, мини-ЭВМ, микро-ЭВМ и персональные компьютеры, которые, в свою очередь, подразделяют на массовые, портативные, развлекательные и рабочие станции. Классификация по уровню специализации. По уровню специализации ком­пьютеры делят на универсальные и специализированные. Классификация по типоразмерам. Персональные компьютеры можно класси­фицировать по типоразмерам. Так, различают настольные , портативные и карманные модели. Классификация по совместимости. От совместимости зависит взаимозаменяемость узлов и приборов, предназначенных для разных компьютеров, возможность переноса программ с одного компьютера на другой и возможность совместной работы разных типов компьютеров с одними и теми же данными.

Классификация по назначению. Большие ЭВМ. Это самые мощные компьютеры. Их применяют для обслужи­вания очень крупных организаций и даже целых отраслей народного хозяйства.

Мини-ЭВМ Компьютеры этой группы отличаются уменьшенными размерами, соответственно, меньшей производительностью и стоимостью. Такие компьютеры используются крупными предприятиями, научными учреждениями и некоторыми высшими учебными заведениями, сочетающими учебную деятель­ность с научной.

Персональные компьютеры Персональные компьютеры Эта категория компьютеров получила особо бурное развитие в течение последних двадцати лет. Из названия видно, что такой компьютер предназначен для обслу­живания одного рабочего места. Как правило, с персональным компьютером (ПК) работает один человек. Несмотря на свои небольшие размеры и относительно не­высокую стоимость, современные ПК обладают немалой производительностью.

Микро-ЭВМ Микро-ЭВМ Компьютеры данного класса доступны многим предприятиям. Организации, использующие микро-ЭВМ, обычно не создают вычислительные центры. Для обслуживания такого компьютера им достаточно небольшой вычислительной лаборатории в составе нескольких человек.

Классификация по уровню специализации. На базе универсальных компьютеров можно собирать вычислительные системы произвольного состава (состав компьютерной системы называется конфигурацией). Так, например, один и тот же ПК можно использовать для работы с текстами, музыкой, графикой, фото- и видеоматериалами. Специализированные компьютеры предназначены для решения конкретного круга задач. К таким компьютерам относятся, например, бортовые компьютеры автомобилей, судов, самолетов, космических аппаратов.

Классификация по типоразмерам. Настольные модели распространены наиболее широко. Они являются принад­лежностью рабочего места. Эти модели отличаются простотой изменения конфи­гурации за счет несложного подключения дополнительных внешних приборов или установки дополнительных внутренних компонентов. Портативные модели удобны для транспортировки. Благодаря сближению стоимости портативных и настольных моделей сегодня их применяют буквально все категории пользователей — от руководителей предприятий и организаций до студентов и школьников. Карманные модели выполняют функции «интеллектуальных записных книжек». Они позволяют хранить оперативные данные и получать к ним быстрый доступ. Мобильные вычислительные устройства сочетают в себе функции карманных моделей компьютеров и средств мобильной связи (сотовых радиотелефонов). Их отличительная особенность — возможность мобильной работы с Интернетом.

Классификация по совместимости. Аппаратная совместимость. По аппаратной совместимости различают так на­зываемые аппаратные платформы. В области персональных компьютеров сегодня наиболее широко распространены две аппаратные платформы — IBM PC и Apple Macintosh. Кроме них существуют и другие платформы, распространенность кото­рых ограничивается отдельными регионами или отдельными отраслями. Принадлежность компьютеров к одной аппаратной платформе повышает совместимость между ними, а принадлежность к разным платформам — понижает. Кроме аппаратной совместимости существуют и другие виды совместимости: совместимость на уровне операционной системы, программная совместимость, совместимость на уровне данных.

Контрольные вопросы В чем состоят принципы Джона фон Неймана? В чем состоит магистрально-модульный принцип построения компьютера? Какие устройства обмениваются информацией через Северный мост? Какие устройства обмениваются информацией через Южный мост? В каком направлении развивается архитектура процессоров? Перечислите методы классификации компьютеров. Какие существуют виды компьютеров по назначению? Какие существуют виды компьютеров по типоразмерам? Какие существуют виды компьютеров по совместимости?