2.2. Типы архитектур вычислительных систем

Архитектура ВС - структура, хар-ки и взаимосвязь устр-в ЭВМ (структурная орг-ия), принципы функц-ия ЭВМ и ее машинный язык.

Вычислительная система – совок-ь взаимосвяз. и взаимодейств. процессоров или ЭВМ, внешних устр-в и программного обеспечения, предназнач. для подготовки и реш-я задач пользователей.

Отличит. особенность ВС по сравнению с ЭВМ – наличие нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку.

1) Однопроцессорные ВС. Архитектура Фон Неймана: один процессор, через кот. проходит 1 поток данных и 1 поток команд. 2) Многопроцессорные ВС. Наличие нескольких процессоров. Следовательно, можно параллельно обрабатывать несколько потоков данных и несколько потоков команд. 3) Многомашинные ВС. Несколько процессоров, не имеющих общей памяти. Каждая ЭВМ имеет свою память и классическую архитектуру Фон Неймана.

2. 3. Процессоры.

Явл. основным элем-м компьютера и предназначен для упр-я работой всего ПК, а также для вып-я арифметич. и логич. операций. В наст. время наиболее распр-ми моделями являются микропроцессоры Pentium и Celeron. Процессор построен на 1 или нескольких микросхемах. 1-й процессор содержал 2300 резисторов. Современ. содерж. их сотни тыс. и млн. В состав микропроцессора входят: арифмет.-логич. устр-во (АЛУ) предназначено для вып-я всех арифмет. и логич. операций над числовой и символьной инф-й (в некоторых моделях ПК для ускор-я вып-я операций к АЛУ подключается доп. матем. сопроцессор):регистры общего назначения (РОН) – это быстродейств. ячейки памяти, исп. в основном как различные счетчики и указ-ли на адресное простр-во ПК. В соврем-ых микропроцессорах имеется шестнадцать 64 –х битных регистров общего назнач-я. Обращ-е к регистрам позволяет знач-но увелич. быстродействие вып-ой программы; кэш-память – блок высокоскор-ой памяти, в кот. копир-я данные, извлеч-е из оперативной памяти. Такое сохран-е осн. команд позволяет повысить производ-ть процессора. Современные микропроцессоры имеют кэш-память 1 (L1) и 2 (L2) уровней. Кэш-память 1ур-ня (L1), как правило, имеет объем 128 Кбайт, емкость кэш- памяти 2 ур-ня достигает 1 Мбайта; устройство управления (УУ) формир-ет и подает во все элементы ПК в нужные моменты времени опред-ые сигналы управл-я (управл-е импульсы), обусловл-е спецификой вып-ой операции и результ-ми предыдущих операций; схемы управления шиной реализуют сопряжение и связь с др. устр-вами ПК через системную шину.

Архитектура современных процессоров

CISK – небольшое кол-во регистров общего назнач-я, большое кол-во команд, большое число методов адресации данных в памяти, наличие разл-ых форматов команд, большое кол-во команд типа регистр-память, возм-ть возник-ния ошибок. RISC – команды вып-ся за 1 такт, при вып-ии сложных команд в микропроцессоре происх-ит автомат-ая сборка команды, обработка только в режиме РЕГИСТР, более высокая надёжность и скорость обработки выше в 2-4 раза.VLIW – несколько команд, каждая из кот. имеет ряд полей, каждое из кот. управл. работой отдельного блока процессора. Длина команды – 64 разряда. Позволяет организ-ть работу параллельно с многими процессорами.

Модели выполнения команд: Последовательная: след. команда начинает вып-ся после заверш-я вып-ия предыдущей. Конвейерная: вып-ие очередной команды нач-ся до завершения вып-ия предыдущей. Сложная команда разбивается на несколько более простых команд. Суперскалярная: вып-ся несколько операций за 1 такт. Распозн-я завис-е и независ-е команды. Зависимые вып-ся по послед-ой модели, независ-е – по конвейерной. Если несколько процессоров имеют одинаковую сис-му команд, то они полностью совместимы ( программа, напис. для одного процессора, может исп-ся другим). Процессоры, имеющие разные системы команд, называют несовместимыми. Группы таких процессоров рассматриваются как семейства процессоров. Например, Intel Pentium относится к семейству x86.