Понятие мультиплексированная шина.
Для экономии линий адреса и линий данных их объединяют. Так получается мультиплексируемая шина адреса /данных.Такая шина работает по принципу(адрес)(данные)(адрес)(…)
Рис8.
С
труктура
мультиплексирования шин адреса и данных.
//Из Интернета//
Для снижения общего количества линий связи магистрали часто применяется мультиплексирование шин адреса и данных. То есть одни и те же линии связи используются в разные моменты времени для передачи как адреса, так и данных (в начале цикла — адрес, в конце цикла — данные). Для фиксации этих моментов (стробирования) служат специальные сигналы на шине управления. Понятно, что мультиплексированная шина адреса/данных обеспечивает меньшую скорость обмена, требует более длительного цикла обмена По типу шины адреса и шины данных все магистрали также делятся на мультиплексированные и немультиплексированные.
В некоторых мультиплексированных магистралях после одного кода адреса передается несколько кодов данных (массив данных). Это позволяет существенно повысить быстродействие магистрали. Иногда в магистралях применяется частичное мультиплексирование, то есть часть разрядов данных передается по немультиплексированным линиям, а другая часть — по мультиплексированным с адресом линиям
Структуры вм и вс.
//из конспектов к 1 лекции//
/*ВМ - это комплекс технических и программных сред, предназначенных для автоматизации, подготовки данных и решения задач пользователя.
ВС - совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих ЦП или ВМ, периферийного оборудования(принтеры, сканеры, плоттеры и т.д.) также предназначенные для подготовки данных и решения задач пользователя.
Структура ВМ - охватывает вопросы физического построения, состава устройств и связи между ними.
Архитектура - логическое построение ВМ, какой она представляется программисту(память, регистры, языки программирования, команды ЦП)
Рис.1 Уровни детализации ВМ:
Уровень «черного ящика»
Уровень общей архитектуры
Уровень архитектуры процессора
Уровень архитектуры устройства управления
Логика ПП - логика программной последовательности
Логика ФУ - логика формирования управления
*/
//Из Интернета//
Определение: Вычислительная система — это совокупность одного или нескольких компьютеров или процессоров, программного обеспечения и периферийного оборудования, организованная для совместного выполнения информационно вычислительных процессов. В вычислительной системе компьютер может быть один, но агрегированный с многофункциональным периферийным оборудованием. Стоимость периферийного оборудования часто во много раз превосходит стоимость компьютера. В качестве распространенного примера одномашинной ВС можно привести систему телеобработки информации. Но все же классическим вариантом ВС является многомашинный и многопроцессорный варианты.
Первые ВС создавались с целью увеличить быстродействие и надежность работы путем параллельного выполнения вычислительных операций. Как это ни парадоксально, «тормозом» в дальнейшем увеличении быстродействия компьютера является конечная скорость распространения электромагнитных волн — скорость света, равная 300 000 км/с. Время распространения сигнала между элементами ВС может значительно превышать время переключения электронных схем. Поэтому строго последовательная модель выполнения операций, характерная для классической структуры компьютера — структуры фон Неймана — не позволяет существенно повысить быстродействие ВС.
Параллелизм выполнения операций существенно повышает быстродействие системы; он же может также значительно повысить и надежность (при отказе одного компонента системы его функции может взять на себя другой) и достоверность функционирования системы, если операции будут дублироваться, а результаты их выполнения сравниваться или мажоритироваться.
Для современных ВС, за исключением суперкомпьютеров, критерии обоснования их необходимости уже несколько иные — важно само информационное обслуживание пользователей, сервис и качество этого обслуживания. Для суперкомпьютеров, представляющих собой многопроцессорные ВС, важнейшими показателями являются их производительность и надежность.
Вычислительная система может строиться на основе целых компьютеров- многомашинная ВС, либо отдельных процессоров — многопроцессорная ВС.
Вычислительные системы бывают:
однородные;
неоднородные.
Однородная В С строится на основе однотипных компьютеров или процессоров, позволяет использовать стандартные наборы программных средств, типовые протоколы (процедуры) сопряжения устройств. Их организация значительно проще, облегчается обслуживание систем и их модернизация.
Неоднородная ВС включает в свой состав различные типы компьютеров или процессоров. При построении системы приходится учитывать их различные технические и функциональные характеристики, что существенно усложняет создание обслуживание таких систем.
Вычислительные системы работают:
в оперативном режиме (on-line);
в неоперативном режиме (off-line).
Оперативные системы функционируют в реальном масштабе времени, в них реализуется оперативный режим обмена информацией — ответы на запросы поступают незамедлительно. В неоперативных В С допускается режим «отложенного ответа», когда результаты выполнения запроса можно получить с некоторой задержкой (иногда даже в следующем сеансе работы системы).
Различают ВС с централизованным и децентрализованным управлением. В первом случае управление выполняет выделенный компьютер или процессор, во втором — эти компоненты равноправны и могут брать управление на себя.
Кроме того, ВС могут быть:
территориально-Сосредоточенными (все компоненты размещены в непосредственной близости друг от друга);
распределенными (компоненты могут располагаться на значительном расстоянии, пример —'вычислительные сети);
структурно одноуровневыми (имеется лишь один общий уровень обработки данных);
многоуровневыми (иерархическими) структурами. В иерархических ВС машины или процессоры распределены по разным уровням обработки информации, некоторые машины (процессоры) могут специализироваться на выполнении определенных функций.
Наконец, как уже указывалось, ВС делятся на:
одномашинные;
многомашинные;
многопроцессорные.
Основы организации ВМ и ВС.
Компьютер состоит из таких компонентов как процессор, память основная и вспомогательная , устройства ввода/вывода. Достоинства и недостатки архитектуры ВМ и ВС зависят от способа соединения указанных компонентов. В самом общем подходе по организации ВМ и ВС можно говорить о двух основных типах структур ВМ и двух типах структур ВС.
Структуры вычислительных машин(ВМ).
В настоящее время примерно одинаковое распространение получили два способа построения вычислительных машин: с непосредственными связями и на основе шины.
Типичным представителем первого способа может служить классическая фон-неймановская ВМ (см. рис. 2). В ней между взаимодействующими устройствами (процессор, память, устройство ввода/вывода) имеются непосредственные связи. Особенности связей (число линий в шинах, пропускная способность и т. п.) определяются видом информации, характером и интенсивностью обмена. Достоинством архитектуры с непосредственными связями можно считать возможность развязки «узких мест» путем улучшения структуры и характеристик только определенных связей, что экономически может быть наиболее выгодным решением. У фон-неймановских ВМ таким «узким местом» является канал пересылки данных между ЦП и памятью, и «развязать» его достаточно непросто. Кроме того, ВМ с непосредственными связями плохо поддаются реконфигурации.
В варианте с общей шиной все устройства вычислительной машины подключены к магистральной шине, служащей единственным трактом для потоков команд, данных и управления (рис.3). Наличие общей шины существенно упрощает реализацию ВМ, позволяет легко менять состав и конфигурацию машины. Благодаря этим свойствам шинная архитектура получила широкое распространение в мини и микроЭВМ. Вместе с тем, именно с шиной связан и основной недостаток архитектуры: в каждый момент передавать информацию по шине может только одно устройство. Основную нагрузку на шину создают обмены между процессором и памятью, связанные с извлечением из памяти команд и данных и записью в память результатов вычислений. На операции ввода/вывода остается лишь часть пропускной способности шины. Практика показывает, что даже при достаточно быстрой шине для 90% приложений этих остаточных ресурсов обычно не хватает, особенно в случае ввода или вывода больших массивов данных.
//конспект из тетради//
/*В 1945 году Фон-Нейман разработал принцип построения ВМ(рис2).все устройства имеют непосредственные связи. Такая ВМ не поддается модификации. По этой схеме в США 1946г. была построена ламповая ВМ.
Недостатки по рис.2.От них избавились путем разработки шины. Все устройства в виде дополнительных плат подключались к общей шине(рис.3).
Недостаток: ЦП и память занимают шину и надолго.Для работы УВВ не хватает свободной шины.*/
рис.2 Структура Фон-неймановской ВМ
По второму варианту ВМ строится на базе ощей шины (рис.3)
Центральный процессор
Шина
Рис.3 структура ВМ на базе общей шины
В целом следует признать, что при сохранении фон-неймановской концепции последовательного выполнения команд программы шинная архитектура в чистом ее виде оказывается недостаточно эффективной. Более распространена архитектура с иерархией шин, где помимо магистральной шины имеется еще несколько дополнительных шин. Они могут обеспечивать непосредственную связь между устройствами с наиболее интенсивным обменом, например процессором и кэш-памятью. Другой вариант использования дополнительных шин – объединение однотипных устройств ввода/вывода с последующим выходом с дополнительной шины на магистральную. Все эти меры позволяют снизить нагрузку на общую шину и более эффективно расходовать ее пропускную способность.
Структура ВС(рис.4-5)
Структура системы — состав, порядок и принципы взаимодействия элементов системы, определяющие основные свойства системы. Если отдельные элементы системы разнесены по разным уровням и внутренние связи между элементами организованы только от вышестоящих к нижестоящим уровням и наоборот, то говорят об иерархической структуре системы. Чисто иерархические структуры встречаются практически редко, поэтому, несколько расширяя это понятие, под иерархической структурой обычно понимают и такие структуры, где среди прочих связей иерархические связи имеют главенствующее значение.
Архитектура системы — совокупность свойств системы, существенных для пользователя.
Понятие «вычислительная система» предполагает наличие множества процессоров или законченных вычислительных машин, при объединении которых используется один из двух подходов. В вычислительных системах с общей памятью (рис. 4) имеется общая основная память, совместно используемая всеми процессорами системы. Связь процессоров с памятью обеспечивается с помощью коммуникационной сети, чаще всего вырождающейся в общую шину. Таким образом, структура ВС с общей памятью аналогична рассмотренной выше архитектуре с общей шиной, в силу чего ей свойственны те же недостатки. Применительно к вычислительным системам данная схема имеет дополнительное достоинство: обмен информацией между процессорами не связан с дополнительными операциями и обеспечивается за счет доступа к общим областям памяти
Рис.4Структура ВС с общей памятью
Альтернативный вариант организации – распределенная система, где общая память вообще отсутствует, а каждый процессор обладает собственной локальной памятью
Рис.5 Структура распределенной ВС
(Рис5.). Часто такие системы объединяют отдельные ВМ. Обмен информацией между составляющими системы обеспечивается с помощью коммуникационной сети посредством обмена сообщениями. Подобное построение ВС снимает ограничения, свойственные для общей шины, но приводит к дополнительным издержкам на пересылку сообщений между процессорами или машинами.