Презентация к лекции "Основные понятия вычислительных систем"

Содержание

• 
  Слайд 1
  
• 
  Слайд 2

  Содержание

  История и тенденции развития вычислительной техники Основные характеристики и классификация компьютеров Принципы построения и архитектура ЭВМ Классификация ЭВМ Архитектура вычислительных систем Классификация параллельных архитектур

• 
  Слайд 3

  История и тенденции развития вычислительной техники

  ЭВМ - комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач пользователя В зависимости от структуры различают компоненты: 1. Технические 2. Аппаратно-программные 3. Информационные

• 
  Слайд 4
  

  Можно выделить 4 поколения ЭВМ: Элементарная база на лампах и пассивных элементах 50-60 гг. ЭВМ на транзисторной основе 60-70 гг. Появление интегральных схем 80 гг. Применение больших интегральных схем

• 
  Слайд 5

  Первая ЭВМ 2-го поколения

• 
  Слайд 6

  Основные характеристики и компьютеров

  Программное обеспечение-комплекс программных средств, имеющих целью создание необходимого сервиса для работы пользователя интегральных схем Часть программных средств, обеспечивающих связь пользователя и ЭВМ называют операционной системой

• 
  Слайд 7
  

  Архитектура компьютера – многоуровневая иерархия аппаратно-программных средств, из которых- строится ЭВМ

• 
  Слайд 8
  

  Быстродействие - это число команд, выполняемых ЭВМ за одну секунду Сравнение по быстродействию различных типов ЭВМ, не обеспечивает достоверных оценок Очень часто вместо характеристики быстродействия используют связанную с ней характеристику производительности

• 
  Слайд 9
  
• 
  Слайд 10
  
• 
  Слайд 11
  
• 
  Слайд 12
  
• 
  Слайд 13
  
• 
  Слайд 14
  
• 
  Слайд 15
  
• 
  Слайд 16

  Принципы построения и архитектура ЭВМ

• 
  Слайд 17

  Принцип программного управления

  Для построения всех ЭВМ используется принцип, предложенный Дж. Фон Нейманом в 1945 году: 1. Все вычисления, предписанные алгоритмом, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов, т.е. команд 2. Программы и обрабатываемые ими данные должны совместно храниться в памяти ЭВМ 3. Массив всех переменных является дополнительным неотъемлемым элементом любой программы 4. Для доступа к программе, командам и операндам используют их адреса 5. Вся информация кодируется двоичными цифрами. Различные типы информации в памяти машины практически не разделимы

• 
  Слайд 18

  Этапы вычислений и логическаяорганизация ЭВМ

  Принцип действия обычной ЭВМ можно разбить на этапы:

• 
  Слайд 19
  
• 
  Слайд 20

  Стандартные элементы структур современных ЭВМ

  Модульность построения Магистральность Иерархия управления

• 
  Слайд 21

  Классификация ЭВМ

  ЭВМ классифицируются по: Назначению ЭВМ общего применения ЭВМ ориентированные Производительности Супер ЭВМ Большие ЭВМ Средние ЭВМ Персональные ЭВМ Мобильные и карманные Встраиваемые микропроцессоры

• 
  Слайд 22
  

  Режимам работы однопрограммные ЭВМ мультипрограммные ЭВМ ЭВМ для построения многомашинных и многопроцессорных вычислительных систем ЭВМ для работы в системах реального времени Способу структурной организации Однопроцессорные ЭВМ; Мультипроцессорные ЭВМ Месту и роли в информационных сетях Мощные машины, включаемые в состав вычислительных центров Кластерные структуры – многомашинные вычислительные системы Серверы – вычислительные машины и системы Рабочие станции – используются в качестве коммутационных устройств Сетевые компьютеры

• 
  Слайд 23
  
• 
  Слайд 24

  Основные понятия вычислительных систем

• 
  Слайд 25

  Классификация параллельных архитектур

  Рассмотрим классификацию архитектур с точки зрения параллельных систем Эта классификация была предложена М. Флинном в начале 60-х гг. В ее основу заложено два возможных вида параллелизма: независимость потоков заданий (команд), существующих в системе, и независимость (несвязанность) данных, обрабатываемых в каждом потоке

• 
  Слайд 26

  Четыре основные архитектуры ВС

• 
  Слайд 27
  

  а - ОКОД (SISD)-архитектура; б - ОКМД (SIMD)-архитектура; в - МКОД (MISD)-архитектура; г - МКМД (MIMD)-архитектура

  Архитектура ВС

• 
  Слайд 28

  Архитектура ОКОД

  Архитектура ОКОД охватывает все однопроцессорные и одномашинные варианты систем, т.е. с одним вычислителем Параллелизм вычислений обеспечивается путем совмещения выполнения операций отдельными блоками АЛУ, а также параллельной работой устройств ввода-вывода информации и процессора Закономерности организации вычислительного процесса в этих структурах достаточно хорошо изучены Все ЭВМ классической структуры попадают в этот класс

• 
  Слайд 29

  Архитектура ОКМД

  Архитектура ОКМД предполагает создание структур векторной или матричной обработки Системы этого типа обычно строятся как однородные, т.е. процессорные элементы, входящие в систему, идентичны, и все они управляются одной и той же последовательностью команд Каждый процессор обрабатывает свой поток данных

• 
  Слайд 30
  

  Под схему ОКМД хорошо подходят задачи обработки матриц или векторов (массивов), задачи решения систем линейных и нелинейных, алгебраических и дифференциальных уравнений, задачи теории поля и др. По данной схеме строились системы: первая суперЭВМ - ILLIAC-IV, отечественные параллельные системы - ПС-2000, ПС-3000, а также Cyber-205 и Gray-I, II, III

• 
  Слайд 31

  Схема Пс 2000

  Отечественная параллельная система ПС-2000

• 
  Слайд 32

  Архитектура ОКМД

  Узким местом подобных систем является необходимость изменения коммутации между процессорами, когда связь между ними отличается от матричной Кроме того, задачи, допускающие широкий матричный параллелизм, составляют достаточно узкий класс задач Структуры ВС этого типа, по существу, являются структурами специализированных суперЭВМ

• 
  Слайд 33

  Архитектура МКОД

  Тип архитектуры МКОД предполагает построение своеобразного процессорного конвейера, в котором результаты обработки передаются от одного процессора к другому по цепочке Выгоды такого вида обработки понятны Прототипом таких вычислений может служить схема любого производственного конвейера

• 
  Слайд 34
  

  В архитектуре МКОД конвейер должны образовывать группы процессоров Но на системном уровне очень трудно выявить подобный регулярный характер в универсальных вычислениях Кроме того, на практике нельзя обеспечить и “большую длину” такого конвейера, при которой достигается наивысший эффект Конвейерная схема нашла применение в так называемых скалярных процессорах суперЭВМ, в которых они применяются как специальные процессоры для поддержки векторной обработки

• 
  Слайд 35

  Архитектура МКМД

  Архитектура МКМД предполагает, что все процессоры системы работают по своим программам с собственным потоком команд В простейшем случае они могут быть автономны и независимы Такая схема использования ВС часто применяется на многих крупных вычислительных центрах для увеличения пропускной способности центра Подобные системы могут быть многомашинными и многопроцессорными. Например, отечественный проект машины динамической архитектуры (МДА) - ЕС-2704, ЕС-2727 позволял одновременно использовать сотни процессоров