• Вычислитель

Вычислитель – средство обработки информации, работа которого основана на примитивной имитации действий человека, занятого расчетами.

Процесс обработки информации во время вычисления требует участия человека-оператора. Частота взаимодействия между вычислителем и опер (?) тем ниже, чем выше уровень функциональных возможностей автоматизации вычислений.

В основе конструкции вычислителя 3 принципа:

1. Последовательная обработка информации. Под ней понимается одно строго последовательное выполнение:

   1. операций на множестве, взаимодействие через связные структуры графа (вычислителя).

   2. микроопераций в пределах устройств.

2. Фиксированность (автоматическая неизменность) структуры.

3. Неоднородность составляющих устройств и связи между ними структуры G.

Алгоритм работы вычислителя обеспечивает согласованное функционирование всех устройств (У) и связи между ними (структуры g) множества устройств в процессе обработки информации при решении задач.

Для вычисления вычислитель должен иметь данные D и программу P.

Алгоритм а допускает a(P(D)) – программную обработку данных.

Одним из требований, предъявляемых к качеству хорошего ПО является получение одинаковых результатов при обработке одинаковых входных наборов данных.

Степень универсальности работы вычислителя определяется разнообразием класса решаемых задач.

ЦП фон Неймановской архитектуры обеспечивает программную реализацию широкого класса решаемых задач. Не фон Неймановские вычислительные архитектуры способны обеспечить реализацию одного или нескольких классов задач.

• Спецпроцессор

Выполняет задачи узкого класса алгоритмов, Например, Умножение матриц.

Таким образом модель вычислителя это форматизированная запись вида С=(U,g,a(P(D))), где U – множество устройств, g – структура связи между устройствами, а – алгоритм работы вычислителя или алгоритм управления вычислительными процессами при реализации программы, обработки данных в определенной модели вычислителя.

Комментарий к определению вычислителя: Описанные 3 принципа конструкции ЭВМ соответствуют уровню развития СВТ в 50-х годах и позволили создать практически востребованные ЭВМ с точки зрения эффективности.

В следующих поколениях ЭВМ с использованием предметной базы, соответствующих уровню технологий разных частей 20 века технико-экономическая эффективность достигается за счет совместимости операций во времени при их одновременной выполнимости.

Каждый этап развития ЭВМ характеризуется модернизацией принципов внутреннего построения, каждая смена поколения ЭВМ происходила на фоне все большего отходила от принципов Фон-Неймана.

Во многих процессорах имеются

• плавающая арифметика

• математические сопроцессоры

• аппаратный умножитель

• устройство циклического барабана

• и др.

В настоящее время существует универсальные и специализированные архитектуры на СБИС. Большинство спецпроцессоров реализуются на принципах, соответствующих разным классам специализированных ВА на СБИС.

Спецпроцессоры по сравнению с универсальными вычислителями выполняют узкий класс алгоритмов эффективнее с точки зрения конкретного критерия, выбранного для сравнения, например:

1) минимум абсолютного времени выполнения алгоритма (в секундах).

2) Максимум ускорения вычислений по алгоритму u = (t универсального вычислителя)/(t специального вычислителя) (во сколько раз быстрее).

Если 0<u<1, то эффективность (с точки зрения ускорения) спецвычислителя ниже, чем универсального. Если u=1, то они равны. Если 1<u, то эффективность спецвычислителя выше, чем универсального.

В первых двух случаях нет необходимости в использовании спецвычилителей. В третьем случае имеет смысл применить спецвычислитель. Однако, при этом встаёт вопрос об экономической эффективности его использования. Есть разные экономические критерии использования того или иного вычислителя:

1) критерий стоимости единицы производительности. Руб.\количество операций – чем меньше – тем лучше. Р = (стоимость вычислителя)\(производительность), чем меньше это соотношение – тем лучше, т.е. нужно минимизировать Р.

2) Абсолютная стоимость вычислителя. Если стоимость спецвычислителя меньше стоимости универсального вычислителя, то целесообразно использовать спецвычислитель. Если больше или равно, то требуется обоснование использования спецвычилителя.

Есть и другие критерии эффективности для сравнения универсального и спецвычислителей, которыми можно пользоваться при их использовании в конкретных предметных областях; например: в космонавтике, транспорте, обработке сигналов (радар, сонар) и т.д. и т.п.