2.2. Многопроцессорная архитектура.

Для многопроцессорной архитектуры характерно наличие в ПК нескольких процессоров, т.е. м.б. параллельно организовано много потоков данных и много потоков команд. Т.о. параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи.

2.3. Многомашинная вычислительная система.

Несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеет общей оперативной памяти, а имеет каждый свою (локальную). Каждый ПК в системе имеет классическую архитектуру. Эффект применения данной системы получается при решении задач, имеющих специальную структуру: она должна разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько ПК в системе.

2.4. Архитектура с параллельными процессорами.

Суть данной архитектуры состоит в том, что несколько АЛУ работают под управлением одного УУ, т.е. множество данных может обрабатываться по одной программе (по одному потоку программ). Высокое быстродействие достигается на задачах, в которых одинаковые вычислительные операции выполняются одновременно на различных однотипных наборах данных.

3. Устройство IBM PC.

Современный ПК состоит из 3 основных частей:

• монитор,

• системный блок,

• клавиатура.

Монитор.

Монитор – устройство отображения текстовой и графической информации. Основными параметрами любого монитора являются:

1. Размер монитора (измеряется по диагонали в дюймах, от 9 (23 см)– 50 (126 см) дюймов).

2. Разрешающая способность. (В графическом режиме работы изображение на экране монитора состоит из точек – пикселей. Количество точек по горизонтали и вертикали, которые монитор способен воссоздать четко и раздельно называется разрешающей способностью).

3. Частота регенерации. (Частота кадровой разверстки указывает на количество обновлений изображения на экране в секунду времени. Частота измеряется в Гц. Чем больше частота, тем меньше усталость глаз и дольше работа за ПК. Допустимая частота 85 - 100 Гц ).

4. Класс защиты монитора (определяется стандартом, предусмотренной ТБ. Общепринятые классы защиты: ТСО-92, ТСО-95, ТСО-99, ограничивающие уровни электромагнитного излучения, эргометрические и экологические нормы).

Монитор формирует изображение с помощью кинескопа (электронно-лучевой трубки), получая видеосигнал в готовом виде по кабелю от видеокарты, не расшифровывая сигналы и не отфильтровывая помехи как телевизоры. Но мониторы могут показывать более детальное и четкое изображение.

Виды мониторов:

• мониторы на основе электронно - лучевой трубке;

• жидкокристаллические (жидкие кристаллы под воздействием электрического тока излучают свет, который, проходя через матрицы, создают высококачественные изображения);

• плазменный;

• сенсорный экран (общение с ПК осуществляется путем прикосновения к чувствительной поверхности экрана).

Системный блок.

Системный блок является главной частью ПК, т.к. именно в нем располагаются все основные узлы ПК:

1. Материнская плата, на которой располагаются:

   1. Микропроцессор – небольшая электронная схема, выполняющая все вычисления и обработку информации. Конструктивно, процессор – это кристалл кремния маленьких размеров, имеющих специальные ячейки, называемые регистрами. Именно в регистрах помещаются команды, которые выполняются процессором, а также данные, которыми оперируют команды. Работа процессора состоит в выборе из памяти в определенной последовательности команд и данных и их выполнении. Помимо процессора, ПК оснащен дополнительными сопроцессорами, ориентированными на эффективное выполнение специфических функций (математический и графический сопроцессоры, сопроцессор ввода/вывода).

Основные характеристики процессора:

• Тактовая частота определяет количество элементарных операций (тактов), выполняемых процессором за единицу времени, Гц.

• Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за 1 такт.

• Рабочее напряжение процессора обеспечивается материнской платой, 3 Вольта.

• Коэффициент внутреннего умножения таковой частоты – коэффициент, на который следует умножить тактовую частоту материнской платы, которая из чисто физических причин не может работать на таких высоких частотах, как процессор

2. Кэш – память, располагающаяся между процессором и оперативной памятью для ускоренного доступа к оперативной памяти и хранит копии программ часто используемых участков оперативной памяти. При обращении процессора к памяти, сначала производится поиск необходимых данных в кэш- памяти. Если данные содержатся в кэш – памяти, то время доступа к памяти уменьшается.

3. Оперативная память RAM (Random Access Memory) содержится в ОЗУ (оперативно - запоминающее устройство), который представляет собой массив из кристаллических ячеек, способных сохранять данные. Данная память используется для оперативного обмена информацией (команды и данные) между процессором, внешней памятью и периферийными системами. По физическому принципу действия различают динамическую память DRAM и статистическую SRAM. Ячейки DRAM представлены в виде микроконденсаторов, способных накапливать электрический заряд. DRAM медленно записывает и читает данные, требует постоянной подзарядки, но проста в реализации и низкая стоимость. Ячейки SRAM представляют собой электронными микроэлементами (триггеры), состоящие из транзисторов, в котором сохраняется не заряд, а состояние (вкл./выкл.). SRAM поддерживает максимальное быстродействие, но сложен процесс изготовления. Основными характеристиками оперативной памяти являются объем памяти и время доступа.

4. Постоянная память ROM (Read Only Memory) содержится в ПЗУ (постоянно – запоминающее устройство), которая осуществляет хранение тестирующих и загрузочных программ первой необходимости, занесенные при изготовлении ПК. В основу постоянной памяти входит BIOS (BASIC INPUT – OUTPUT SYSTEM) - занимается обслуживанием ввода – вывода информации, а также в BIOS содержится программа конфигурации ПК (SETUP). Она позволяет установить некоторые характеристики устройств ПК (видеокарты, жестких дисков, дисководов для дискет, режимы работы с оперативной памятью, запрос пароля при начальной загрузке и т.д.).

5. Энергозависимая память CMOS обеспечивает BIOS информацией о текущей конфигурации системы. Данные, находящиеся в ней, можно заносить туда и изменять их самостоятельно в соответствии с используемым оборудованием.

6. Микропроцессорный комплект (Чипсет) – набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств ПК и определяющих основные функциональные возможности материнской платы.

7. Слоты - разъемы для подключения дополнительных устройств.

2. Контроллер (адаптер) - электронная схема, вмонтированная в ПК /обычно в разъем расширения/ для управления внешними устройствами.

3. Шина: при вставке в разъем материнской платы контроллер подключается к шине – магистрали передачи данных между оперативной памятью и контроллером (наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами ПК).

Существуют 3 типы шин: шина данных, адресная шины, командная шина.

• Адресная шина. Данные, которые передаются по этой шине, трактуется как адреса ячеек оперативной памяти. Именно из этой шины процессор считывает адреса команд, которые необходимо выполнить и данные, с которыми оперируют команды. В современных процессорах адресная шина 32- разрядная, т.е. состоит из 32 проводников.

• Шина данных. По этой шине происходит копирование данных из оперативной памяти в регистры памяти и наоборот. В ПК на базе процессора Intel Pentium шина данных 64 – разрядная, т.е. за 1 такт на обработку поступает сразу 8 байт данных.

• Командная шина. По этой шине из оперативной памяти поступают команды, выполняемые процессором. Команды представлены в виде байтов. Простые команды вкладываются в один байт, но есть и такие команды, для которых нужно два, три и больше байта. Большинство современных процессоров имеют 32-разрядную командную шину, хотя существуют 64-разрядные процессоры с командной шиной.

Шины на материнской плате используются не только для связи с процессором. Все другие внутренние устройства материнской платы, а также устройства, которые подключаются к ней, взаимодействуют между собой с помощью шин. От архитектуры этих элементов во многом зависит производительность ПК в целом.

Основные шинные интерфейсы материнских плат:

ISA (Industry Standard Architecture). Разрешает связать между собой все устройства системного блока, а также обеспечивает простое подключение новых устройств через стандартные слоты. Пропускная способность составляет до 5,5 Мбайт/с. В современных компьютерах может использоваться лишь для подсоединения внешних устройств, которые не требуют большей пропускной способности (звуковые карты, модемы и т.д.). EISA (Extended ISA). Расширение стандарта ISA. Пропускная способность возросла до 32 Мбайт/с. Как и стандарт ISA, этот стандарт исчерпал свои возможности и в будущем выпуск плат, которые поддерживают эти интерфейсы, прекратится.

VLB (VESA Local Bus). Интерфейс локальной шины стандарта VESA. Локальная шина соединяет процессор с оперативной памятью в обход основной шины. Она работает на большей частоте, чем основная шина, и позволяет увеличить скорость передачи данных. Позже, в локальную шину «врезали» интерфейс для подключения видеоадаптера, который требует повышенной пропускной способности, что и привело к появлению стандарта VLB. Пропускная способность - до 130 Мбайт/с, рабочая тактовая частота - 50 МГц, но она зависит от количества устройств, подсоединенных к шине, что является главным недостатком интерфейса VLB.

PCI (Peripherial Component Interconnect). Стандарт подключения внешних устройств, введенный в ПК на базе процессора Pentium. По своей сути, это интерфейс локальной шины с разъемами для подсоединения внешних компонентов. Данный интерфейс поддерживает частоту шины до 66 МГц и обеспечивает быстродействие до 264 Мбайт/с независимо от количества подсоединенных устройств. Важным нововведением этого стандарта является поддержка механизма plug – and - play, суть которого состоит в том, что после физического подключения внешнего устройства к разъему шины PCI происходит автоматическая конфигурация этого устройства.

FSB (Front Side Bus). Начиная с процессора Pentium Pro, для связи с оперативной памятью используется специальная шина FSB. Эта шина работает на частоте 100-133 МГц и имеет пропускную способность до 800 Мбайт/с. Частота шины FSB является основным параметром, именно она указывается в спецификации материнской платы. За шиной PCI осталась лишь функция подключения новых внешних устройств.

AGP (Advanced Graphic Port). Специальный шинный интерфейс для подключения видеоадаптеров. Данный шинный интерфейс разработан в связи с тем, что параметры шины PCI не отвечают требованиям видеоадаптеров по быстродействию. Частота этой шины - 33 или 66 МГц, пропускная способность до 1066 Мбайт/с.

USB (Universal Serial Bus). Стандарт универсальной последовательной шины определяет новый способ взаимодействия компьютера с периферийным оборудованием. Он разрешает подключать до 256 разных устройств с последовательным интерфейсом, причем устройства могут подсоединяться цепочкой.

4. Контроллеры портов ввода – вывода: В каждом ПК существуют контроллеры портов ввода – вывода, интегрированные в состав материнской платы. Он соединяется кабелями с разъемами на задней стенке ПК, через которые к нему подключаются внешние устройства.