Физические основы построения ЭВМ

Тема 3

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭВМ В СОСТАВЕ СИСТЕМ

В данном учебном пособии рассматриваются: периферийные устройства ввода-вывода, локальные вычислительные сети, системы параллельной обработки данных.

Оглавление

ДИДАКТИЧЕСКИЙ ПЛАН 2

ЛИТЕРАТУРА 3

ПЕРЕЧЕНЬ УМЕНИЙ 3

ТЕМАТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 3

1. Периферийные устройства ввода-вывода 3

1.1. Классификация 3

1.1.1. Принтеры 3

Рис. 1. Формирование символа Р в матричном принтере 4

1.1.2. Графопостроитель 5

1.1.3. Модемы 6

1.1.4. Мышь 7

1.1.5. Трэкболл 8

1.1.6. Джойстики 9

1.1.7. Световое перо 10

1.1.8. Дигитайзеры 10

1.1.9. Цифровые камеры 10

1.1.10. Сканеры 10

1.2. Контроллеры внешних устройств 12

2. Локальные вычислительные сети (ЛВС) 13

2.1. Сети. Назначение ЛВС 13

2.2. Организация взаимодействия устройств в сети 14

2.2.1. Одноранговые сети 14

2.2.2. Иерархические сети 14

2.2.3. Технология совместного использования сетевых ресурсов 15

2.3. Топологии 16

Рис 2. Топология типа “звезда” 16

Рис. 3. Кольцевая топология 17

Рис. 4. Шинная топология 17

Рис 5. Комбинированная структура 17

2.4. Семиуровневая модель ЛВС 18

Рис 6. Уровни управления и протоколы ЛВС 19

2.5. Протоколы передачи данных 20

2.6. Методы передачи данных в сетях ЭВМ 20

Рис. 7. Асинхронная и синхронная передача данных 20

2.7. Компоненты ЛВС 21

2.7.1. Сервер 21

2.7.2. Рабочая станция 21

2.7.3. Сетевые карты 21

2.7.4. Сетевые операционные системы 22

2.7.5. Кабели 25

2.7.6. Сетевое оборудование ЛВС 25

2.7.7. Технология Ethernet 26

2.8. Определение конфигурации сети 26

3. параллельные системы 27

3.1. Параллелизм вычислений. Основные подходы и способы организации 27

3.1.1. Необходимость создания параллельных систем 27

3.1.2. Многомашинные и многопроцессорные ВС 27

3.1.3. Организация параллелизма вычислений 28

3.1.4. Организация параллелизма вычислений в современных процессорах 30

Рис. 10. Упрощенная блок-схема процессора Pentium 30

Рис. 11. Диаграмма состояния двухбитовой схемы прогнозирования 31

3.2. Конвейерная обработка в ЭВМ 32

3.3. Классификация систем параллельной обработки данных 34

4. Многомашинные системы 36

4.1. Многомашинные вычислительные комплексы (ММВК) 36

Рис. 13. Структура двухмашинной системы 36

4.2. Способы организации и их особенности 37

4.2.1. Базовая модель VAX-кластеров 37

Рис. 14. Архитектура VAX-кластера 38

4.2.2. UNIX-кластеры компании IBM 38

4.2.3. Требования, предъявляемые к ММС 38

5. Многопроцессорные системы 39

5.1. Основные понятия 39

Рис. 16. Структура одно­уровневой многопроцессор­ной системы 39

Рис. 17. Иерархическая многопроцессорная система 40

5.2. Разделение и распределение памяти 40

Рис. 18. Многопроцессорная система с матричной архитектурой 40

Рис. 19. Многопроцессорная система с индивидуальной па­мятью 41

Рис. 20. Многопроцессорная система с общей памятью данных 41

5.3. Способы коммутации 41

Рис. 21. Магистральная много­процессорная система 41

Рис. 22. Матричная мно­гопроцессорная система 42

Рис. 23. Конвейерная многопроцессорная система 42

Рис. 24. Организация обра­ботки данных в матричной системе 42

5.4. Организация вычислительного процесса 42

5.5. Способы взаимодействия процессоров в системах 43

5.6. Применение сопроцессора х87 в машинах типа IBM PC 43

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ 44

ТРЕНИНГ УМЕНИЙ 45

ГЛОССАРИЙ 47

Человек 47

Личность 47

Установка 47

Типическое 47

Пассионарий 47

Базисный тип 47

Ценности 47

Социализация 47

Принятие роли 48

Исполнение роли 48

«Значимый другой» 48

Идентичность 48

Социальная роль 48

Ролевое поведение 48

Ролевой конфликт 48

Разделение ролей 48

ДИДАКТИЧЕСКИЙ ПЛАН

Периферийное устройство. Принтер. Сканер. Мышь. Модем. Графопостроитель. Контроллер. Локальная вычислительная сеть. Одноранговая ЛВС. Иерархическая ЛВС. Телекоммуникация. Телекоммуникационная сеть. Скорость передачи данных. Топология. Протокол. Витая пара. Коаксиальный кабель. Оптоволоконный кабель. Звездообразная топология. Кольцевая топология. Шинная топология. Древовидная топология. Программа удаленного доступа. Сервер. Клиент. Дуплексный режим передачи данных. Полудуплексный режим передачи данных. Сетевая операционная система. Синхронная и асинхронная передача данных. Параллельная обработка. Многозадачность. Режим разделения времени. Конвейерная обработка. Последовательная обработка. Машины типа SIMD. Машины типа MIMD. Многомашинная вычислительная система. Кластеризация. Синхронизация. Однородные многомашинные системы. Многопроцессорная система. Однородные многопроцессорные системы. Подчиненный микропроцессор.

Литература Базовая

1. Айден К., Фибельман Х., Крамер М. Аппаратные средства PC. СПб.: BHV – С-Петербург, 1997.

Дополнительная

2.  Чепурной В. Устройства хранения информации. - СПб.: BHV – С-Петербург, 1998.

3. Вебер Р. Конфигурирование ПК на процессорах Pentium, MMX, AMD. - М.:Мир,1998.

4. Борзенко А.Е. IBM PC: устройство, ремонт, модернизация. - М.:ТОО фирма “КомпьютерПресс”, 1996.

5. Вильховченко С. Современный компьютер: устройство, выбор, модернизация. – СПб.: Издательство “Питер”, 2000.

6. Гук М., Юров В. Процессоры Pentium III, Athlon и другие. - СПб.: Издательство “Питер”, 2000.

7. Брой М. Информатика. Часть 2. – М.: Диалог-МИФИ, 1996.

8. Брой М. Информатика. Часть 3. – М.: Диалог-МИФИ, 1996.

9. Васильев В.И. и др. Электронные промышленные устройства. – М.: Высшая школа, 1988.

10. М.Гук. Аппаратные средства PC. Энциклопедия. – СПб: Питер Ком, 1998.

ПЕРЕЧЕНЬ УМЕНИЙ

№ п/п	Умение	Алгоритмы
1	Определить, за какое время будет выполнена программа на конвейерной машине.	Написать формулу для определения среднего времени выполнения команды в конвейерном режиме. Определить среднее время выполнения команды в конвейерном режиме. Написать формулу для определения времени выполнения программы. Определить время выполнения программы.
2	Составить граф выполнения вычислений в многопроцессорной системе.	Выделить группы операций, которые могут выполняться одновременно и определить количество этапов вычислений. Нарисовать граф.
3	Как будет спрогнозирован переход в n-битовой схеме прогнозирования переходов, если задано значение счетчика?	Определить среднее из возможных значений счетчика. Сравнить значение счетчика со средним значением и определить, как будет спрогнозирован переход.

Тематический обзор

(Жирным шрифтом выделены новые понятия, которые необходимо усвоить. Знание этих понятий будет проверяться при тестировании).

1. Периферийные устройства ввода-вывода

1.1. Классификация

Вопросы организации ввода/вывода в вычислительной системе иногда оказываются вне внимания потребителей. Это привело к тому, что при оценке производительности системы часто используются оценки только производительности процессора. Такое отношение к системам ввода/вывода, как к некоторым не очень важным понятиям, проистекает также из термина “периферия”, который к ним применяется.

Однако, очевидно, что одной из наиболее правильных оценок производительности системы является время ответа (время между моментом ввода пользователем задания и получения им результата), которое учитывает все накладные расходы, связанные с выполнением задания в системе, включая ввод/вывод.

Существует множество видов периферийных устройств. Периферийное устройство – устройство, которое не относится к системе компьютер-дисплей-клавиатура, подключается через порт. Среди них можно выделить два больших класса: устройства ввода информации в ЭВМ и устройства вывода.

Устройства ввода предназначены для ввода данных и программ, а также для внесения исправлений в программу и данные, хранящиеся в памяти ЭВМ; подразделяются на неавтоматические (ручные) и автоматические. Автоматические характеризуются тем, что в них информация вводится автоматически: с перфолент, перфокарт, магнитных носителей, с напечатанных текстов и графиков. Их быстродействие выше, чем у ручных. Ручные устройства отличаются меньшим быстродействием, но позволяют корректировать информацию в процессе ввода. К ним относятся различные пульты управления.

Устройства вывода служат для вывода из ЭВМ информации, результатов обработки данных в текстовой, графической, мультимедийной или цифро-аналоговой форме. Они разделяются на следующие виды:

• устройства вывода на промежуточный или машинный носитель (магнитные носители);

• устройства для вывода и фиксации информации в виде текстов, графиков, таблиц (печатающее устройство, графопостроитель);

• устройства вывода информации во внешнюю среду (ЦАП, вывод на линию связи).

Наиболее распространенными устройствами вывода являются: принтеры; графопостроители; стриммеры.

К устройствам ввода относятся: мыши; трэкболлы; джойстики; световые перья; дигитайзеры; цифровые камеры; сканеры.

Модем может служить как для ввода, так и для вывода информации.

Рассмотрим основные виды периферийных устройств.