2.9 Классическая схема цифровой вычислительной машины.
Классическая схема цифровой вычислительной машины – это некое физическое устройство, предназначенное для процесса алгоритмической обработки информации и вычислений. Это устройсво управляется программой, и в машине протекает физический процесс, в результате которого на выходе появляется результат вычислений.
Это общая схема вычислительной машины, по ней работают все машины, наиболее сложными и универсальными являются машины с автоматически управлением.
Характерной особенностью является полная оптимизация всего вычислительного процесса. Вычислительный процесс выполняется по специальной программе. Центром такой машины является устройство вычислений -процессор. С процессором связаны устройства памяти исходного значения.
2.10 Понятие производительности цифровой вычислительной машины.
Производительность вычислительных быстродействием вычислительных машин и объектом памяти. Существуют несколько методов определения быстродействия. Например, за быстродействие принимают величину обратную средневзвешенному времени выполнения одной операции. Для определения быстродействия каждой операции величиной появления этой операции в программах, характерных для данного класса машин. Такое быстродействие имеет размерность операций в секунду или flop. Такое быстродействие лишь частично определяет эффективное быстродействие машин. Эффективное быстродействие зависит от способа организации обмена информации между организации обмена информации между оперативной памятью и внешней памятью (внешними устройствами ввода/вывода и т.д.). Эффективное быстродействие зависит от качества операционных систем.
2.11 Проблемы повышения производительности вычислительных систем.
Недостаточная производительность является сдерживающим фактором широкого применения вычислительной техники довольно во многих областях науки и техники, а также бизнеса и других приложений. Несмотря на то, что созданы компьютеры с быстродействием в миллионы операций в секунду, ряд задач не может быть решен вычислительной системой с такой производительностью. Это задачи летальных аппаратов, проектирования АЭС, моделирования ядерного оружия и т.д.
Производительность компьютеров определяется тремя основными факторами:
элементарная база
параллельное выполнение операций на макро- и микроуровнях
специализация процессов
До конца 60-х годов прошлого века повышение производительности происходило за счет развития элементарной базы и параллелизма на микроуровне, который не виден пользователю. Но в то же время выяснялось, что без компьютеров получить необходимый скачок в увеличении производительности невозможно. Обратим внимание на распараллеливание вычислений(разбить задачи на подзадачи и разделить их на несколько процессов, чтобы они выполнялись параллельно). Но при этом возникли проблемы:
нужно было создавать новые нетрадиционные способы организации и взаимодействия компонентов системы
найти новые пути разработки всех уровней программного обеспечения
пересмотреть алгоритмические средства с целью создания математического обеспечения адекватного принципу параллельной обработки
Параллелизм на макроуровне потребовал новых подходов к созданию алгоритмов решения задач и языковых средств для описания этих алгоритмов. Параллельные алгоритмы должны соответствовать структурным возможностям вычислительных систем. При этом необходимо:
решать вопросы отображения данной задачи на архитектуру системы
количественно оценивать принимаемые решения
сравнивать полученные результаты с другими возможными решениями. Решения этих задач занимаются целые коллективы программистов.
Высокое быстродействие достигается за счет одновременного выполнения операций над многими данными. Реализация этого принципа достигается системами с разных потоках вычисления: потоковые, векторные, конвейерные, электронные и т.д.