7 Основные характеристики вычислительных систем Основные характеристики вычислительных систем

При приобретении вычислительного устройства, при проектировании, сборке или модернизации важно определить требования, предъявляемые к его основным характеристикам. Возможности ЭВМ определяются такими характеристиками, как операционные ресурсы, емкость памяти, быстродействие, производительность, надежность и стоимость.

Операционные ресурсы включают в себя полный перечень возможностей вычислительного устройства. Это набор технических средств, система команд и способы представления информации.

Любое расширение операционных ресурсов связано с дополнительными затратами оборудования. Чем разнообразнее способы представления информации и чем шире система команд, тем больше операционные ресурсы.

Операционные ресурсы определяют совокупность операций, реализуемых вычислительным устройством с целью:

• обработки,

• хранения,

• управления вводом - выводом,

• контроля информации,

• контроля исправности оборудования,

• обеспечения режима многозадачности,

• обеспечения возможности совместной работы нескольких вычислительных устройств и т.д.

В пределах возможностей, предусмотренных схемными решениями, операционные ресурсы могут расширяться программно. Затраты оборудования при этом могут возрастать за счет использования дополнительной памяти, необходимой для хранения программ, реализующих дополнительные операции. Программы, расширяющие операционные ресурсы, относятся к классу служебных.

Современные технические средства дополняются в виде отдельных унифицированных модулей. Модульная структура позволяет:

• выбирать состав и необходимую для определенного класса задач конфигурацию компьютеров

• совершенствовать программное обеспечение, создавая дополнительные программные модули (программы- драйверы) для обслуживания вводимой дополнительно аппаратуры или для расширения функций уже имеющейся аппаратуры.

Программное обеспечение:

• управляет вычислительными процессами,

• организует многопрограммный режим работы,

• автоматически распределяет ресурсы, память,

• управляет работой периферийных устройств,

• распределяет время процессора в условиях многозадачности,

• обеспечивает контроль за состоянием вычислительного устройства,

• тестирование,

• обеспечивает взаимодействие пользователя с компьютером.

3.1. Емкость памяти

Память делится на основную (внутреннюю) и внешнюю. При проектировании от правильного выбора размера и организации памяти зависят многие важные параметры компьютера.

При обращении к ячейке памяти для записи или извлечения информации необходимо задать адрес.

Если емкость памяти равна Е слов, то количество адресных разрядов N, необходимых для непосредственной адресации памяти можно определить так,

т.к. N двоичных разрядов позволяют получить 2^N различных двоичных комбинаций адресов,

тогда 2^N = E, отсюда N=log₂E.

Чем меньше емкость основной памяти, тем чаще требуются обращения к внешней памяти для чтения или записи данных, тем меньше производительность компьютера.

Емкость внешней памяти определяется тем объемом памяти, работу с которым может обеспечить выбранная организация подсистемы внешней памяти.

Возможности наращивания емкости внешней памяти можно считать неограниченными. Измеряется емкость памяти в битах (один двоичный разряд), байтах (8 битов) килобитах и килобайтах (2¹⁰ = 1024), мегабайтах или мегабитах (1024*1024= 2²⁰), гигабайтах (1024*1024*1024=2³⁰), терабайтах (2⁴⁰).

Для повышения быстродействия вычислительных устройств вводят иерархическую структуру памяти, дополнительные буферы памяти (КЭШ - память, или скрытую память), согласующие скоростные характеристики более медленных и более быстрых устройств памяти, например, дисковой подсистемы памяти и оперативной памяти, оперативной памяти вычислительной системы и сверхоперативной памяти процессора.

Специальная система организации управления памятью, как единой, кажущейся основной, (или виртуальной) во всем адресуемом пространстве, позволяет прикладным программам автоматически заполнять более быструю оперативную память необходимыми для дальнейшего выполнения программы блоками, что значительно повышает быстродействие