2. Архітектура обчислювальних систем

Архітектура - це організаційна структура комп’ютера, що має потоки та подання даних інтерфейси введення – виведення даних, набір команд, способи адресації, регістри, апаратне і програмне забезпечення. Архітектура системи – це подання системи як сукупності її функціональних компонентів їхньої організації та взаємозв’язків (шин, сигналів, протоколів інтерфейсів тощо). Одним з елементів архітектури є структура системи. Структура – це порядок і принципи взаємодії елементів системи, що визначають основні її властивості. Архітектура сучасних комп'ютерів базується на певних стандартних і уніфікованих рішеннях, що дозволяє забезпечити їх сумісність і взаємозамінюваність при можливісті варіації технічних засобів для адаптації комп'ютера і настройки його на рішення специфічних задач.

Існують три базові функції, без яких не може бути створена жодна інформаційно-обчислювальна система (рис. 1). Це введення-виведення інформації, зберігання і перетворення інформації. Перша функція здійснює прив'язку до процесів навколишньої реальності, друга – до процесів, що тривають у часі і остання реалізує основну мету функціонування системи. Крім того, є додаткові функції по управлінню і інформаційній взаємодії між основними функціями.

Для реалізації цих функцій у будь-якій комп'ютерній системі мають бути технічні засоби і відбуватися відповідні інформаційні процеси (рис.2). Процеси – це послідовність цілеспрямованих дій з обробки даних, у яких задіяні певні ресурси. Ресурси обчислювальних систем – це можливості АЗ і ПЗ по обробці даних. Видів ресурсів багато, основні з них – об'єм всіх видів пам'яті, зайнятість програмних засобів і устаткування (процесора, пристроїв введення і виведення даних (ПВВ), периферійного устаткування) і т.і.

Оскільки системи завжди багаторівневі і ієрархічні, то і архітектура комп'ютерних систем має багаторівневу структуру (рис.3). Зразком такої ієрархії може стати модель відкритих систем міжнародної організації стандартизації. Завдання кожного рівня реалізуються всіма засобами нижчестоящих рівнів, які є платформою для цього рівня. Платформа це програмне, апаратне і мережеве середовище, у якому виконується подане завдання або функції. Планування і виконання завдань кожного рівня не залежить від способу виконання завдань нижчестоящих рівнів. Тобто одні і ті ж завдання можуть виконуватися самими різними засобами і способами. Зворотне не вірно – засоби нижчестоящих рівнів (параметри і ресурси ) істотно визначаються завданнями вищестоящих рівнів. Взаємодія між рівнями визначається міжрівневими інтерфейсами. Інтерфейси мают різний ступінь стандартизації (від міжнародних до корпоративних).

Архітектурні особливості комп'ютера визначаються наступними основними принципами:

Магістральність – всі блоки комп'ютера підключаються до загальної системи шин (магістралей) у вигляді уніфікованих каналів зв'язку, що передають дані і адреси пристроїв, яким ці дані призначені. Дані поступають на входи всіх пристроїв, але сприймають їх тільки ті, яким вони призначені. Цей принцип забезпечує високу гнучкість і легкість масштабування системи.

Модульність – комп'ютерні системи будуються на основі уніфікованого ряду модулів, що мають конструктивну закінченість і функціональну автономність.

Мікропрограмування – послідовність виконуваних операцій гнучко змінюється залежно від поставлених завдань. Альтернативний спосіб – апаратний, коли послідовність виконуваних операцій жорстко задана схемою.

Ефективність функціонування ЕОМ залежить від її параметрів або показників якості, які постійно поліпшуються завдяки розробці нових технологій обробки інформації та виробництва комп’ютерних компонентів.