Реферат: Информатика: техническое обеспечение
Для ускорения выполнения команд процессор ставит их на конвейер, состоящий, например, из 5 каскадов. Устройство, выполняющее такую обработку команд, называется конвейером команд [commandpipeline]. Таким образом, фазы выполнения различных операций совмещаются во времени, тем самым поток команд из памяти команд становится более интенсивным.
Ускорение выполнения несвязанных арифметических операций достигается аналогичным способом с помощью арифметического конвейера [arithmeticpipeline], который интенсифицирует поток данных из памяти.
Чтобы сократить время обработки данных, можно применить другой очевидный способ: совместить выполнение двух или более арифметических операций во времени. Для этого нужно просто иметь два или более арифметических устройств. Такая архитектура называется суперскалярной [superscalar].
Архитектура фон Неймана, конвейерная и суперскалярная архитектуры объединяются общим названием – архитектура SISD [SingleInstructionSingleData] (см. рис. 2.1).
 |
???. 1. ??????????? SISD
Согласно этой архитектуре существует один поток команд и один поток данных. Эти потоки могут подвергаться конвейеризации или распараллеливанию внутри процессора. Большинство современных ЭВМ построено по такому принципу.
Решение многих задач на ЭВМ связано обработкой данных векторного или матричного типа. В таких задачах будут присутствовать программные фрагменты типа:
for i=1 to N : a[i]=b[i]+c[i] : next i
Причём число N может быть очень велико (сотни тысяч и более). Использование ЭВМ архитектуры SISD становится неэффективным.
Для решения подобных задач применяются ЭВМ векторной [vector] архитектуры. В состав такой ЭВМ входит векторный процессор [array (vector) processor], который представляет собой несколько однотипных процессорных элементов, каждый из которых выполняет операцию с соответствующим элементом вектора данных.
Такая архитектура именуется также как архитектура SIMD [SingleInstructionMultipleData] (см. рис. 2.2).
Большинство современных суперЭВМ используют векторно-конвейерную архитектуру, то есть каждый процессорный элемент векторного процессора использует конвейерный способ обработки данных и команд.
Архитектуры SISD и SIMD объединяются в класс однопроцессорных архитектур.
Класс многопроцессорных архитектур также может быть сведён к двум видам: MISD-архитектура и MIMD-архитектура.
В архитектуре MISD [MultipleInstructionSingleData] одни и те же данные обрабатываются большим числом параллельных процессов. Такой архитектуре соответствует обычная локальная сеть персональных ЭВМ, которая работает с общей базой данных. ЭВМ, которые соответствуют MISD-архитектуре, не существует.
 |
???. 2. ??????????? ???? SIMD
Архитектура MIMD [MultipleInstructionMultipleData] включает в себя возможности всех рассмотренных выше архитектур.
Можно выделить две разновидности MIMD-архитектуры: сильносвязанные и слабосвязанные системы. Сильносвязанная архитектура реализуется, например, в многопроцессорных серверах. Слабосвязанную архитектуру можно проиллюстрировать на примере кластерных систем.
Производительность ЭВМ
Основа для сравнения ЭВМ различных типов – это производительность ЭВМ, то есть время, которое затрачивает ЭВМ на выполнение некоторого объёма работы.
Самую точную практическую оценку производительности конкретной ЭВМ можно получить лишь из времени работы реальной программы, для выполнения которой нужна данная ЭВМ.
Однако поскольку ЭВМ используются, как правило, для решения различных задач, то существуют многообразные тесты, с помощью которых можно оценить возможности ЭВМ.
Самой простой (и самой неточной) характеристикой производительности является число MIPS [MillionInstructionsPerSecond] - миллион команд в секунду. В общем случае MIPS определяется как отношение количества команд в программе ко времени её выполнения. Большее число MIPS на практике не значит более высокой производительности ЭВМ. Это число, вообще говоря, может меняться при выполнении разных программ даже на одной ЭВМ. Операции с плавающей точкой состоят из нескольких десятков обычных целочисленных операций, поэтому если ЭВМ с низким числом MIPS имеет боле эффективную реализацию плавающей арифметики, то такая ЭВМ может быть более производительной, чем ЭВМ с высоким числом MIPS.
Для оценки производительности ЭВМ, предназначенных для решения научно-технических задач, в которых существенно используется плавающая арифметика, применяется оценка по числу MFLOPS [MillionFloatingPointOperationsPerSecond] - миллион плавающих операций в секунду. Эта оценка гораздо более точна, чем оценка по MIPS, но справедлива только для оценки возможностей ЭВМ при работе с плавающими числами.
Другие способы оценки производительности основаны на использовании специально подобранных тестовых задач. Наиболее известными являются тесты LINPACK, SpecInt92 и SpecFp92, AIM.
Пример
Производительность современных суперЭВМ достигает десятков GFLOPS. Производительность ПЭВМ имеет порядок десятков MFLOPS.
Аппаратные компоненты персональных ЭВМ
Структура ПЭВМ
Главная особенность структуры ПЭВМ заключается в том, все устройства ПЭВМ обмениваются информацией через системную шину (см. рис.2.3). К системной шине подключён центральный процессор (или несколько процессоров), оперативная, постоянная и кеш-память, которые выполнены в виде микросхем. Упомянутые компоненты монтируются на материнской плате [motherboard]. К материнской плате присоединяются платы (карты) внешних устройств (ВУ): видеоадаптер, звуковая плата, сетевая плата и др. В зависимости от сложности устройств на этих платах могут располагаться другие специализированные процессоры: математический, графический и др. С помощью проводов к материнской плате подключены жёсткий диск, гибкий диск и устройство чтения оптических дисков.
 |
???. 3. ??????????? ????? ????
Все упомянутые компоненты располагаются в системном блоке. Корпус системного блока может быть выполнен в виде:
desktop – настольное исполнение с горизонтальным расположением материнской платы;
mini-tower – настольное исполнение с вертикальным расположением материнской платы;
bigtower – напольное исполнение с вертикальным расположением материнской платы.