1.4. Многоуровневая организация вычислительных процессов

Для описания, проектирования и организации управления в вычислительных системах используется иерархический подход [2]. Уровни организации вычислительных процессов в ВМ, категории специалистов и процессы, реализующие взаимодействие уровней, представлены на рис. 5.

На концептуальном уровне пользователь анализирует задачу, выбирает метод её решения, разрабатывает алгоритм, определяет структуры данных. Затем пишется программа на одном из языков высокого уровня, которая не зависит от архитектуры ВМ и особенностей аппаратного обеспечения. На уровне машинных команд обеспечивается связь программных и аппаратных средств: разрабатывается список команд, определяются способы кодирования операций и адресов, а также другие параметры, заложенные в структуру ВМ.

Рис. 5. Уровни организации вычислительных процессов

Связь между языками высокого уровня и машинными командами может осуществляться как методом компиляции, так и методом интерпретации. На уровне регистровых передач осуществляется микрооперации, выполняемые аппаратурой вычислительной машины. Это операции передач, запоминания и преобразования кодов, выполняемые пересылкой сигналов между регистрами через логические схемы. Для построения схем на выполнение требуемой микрооперации формируется набор управляющих сигналов – микрокоманда. Последовательность микрокоманд, соответствующая исполнению машинной команды, называется микропрограммой. На уровне логических вентилей рассматриваются логические схемы, которые выполняют операции над двоичными переменными.

В управлении вычислительным процессом с иерархической организацией участвуют как программные, так и аппаратные средства. По мере развития архитектуры ВМ и технологий их изготовления грань разделения функций, реализуемых аппаратно и программно, смещается в сторону аппаратной реализации.

Самые сложные преобразования информации, выполняемые ВМ, в конечном счёте, сводятся к простейшим операциям над логическими переменными «0» и «1». Поэтому дальнейшее изучение состава и функционирования ВМ целесообразно начать с изучения простейших логических элементов и цифровых устройств, постепенно переходя к более сложным функциональным и конструктивным узлам (элементам): процессору, памяти, устройствам ввода – вывода.

Вопросы для самопроверки

1. Дайте определения следующим понятиям: вычислительная машина, вычислительная система, компьютерная сеть, вычислительный комплекс, структура, архитектура, модель вычислений.

2. Что представляют собой функциональная и структурная организации ВМ?

3. Перечислите модели вычислений, связанные с архитектурой ВМ.

4. Опишите фон-неймановскую структуру ВМ, назовите её преимущества и недостатки.

5. Опишите структуру ВМ на основе общей шины, назовите преимущества и недостатки этой структуры.

6. Какие существуют способы организации ВС? Назовите преимущества и недостатки этих структур.

7. Перечислите основные и дополнительные характеристики ВМ. Как рассчитывается стоимость, производительность, быстродействие ВМ?

8. Какие уровни организации вычислительных процессов можно выделить?