Лекции АВС / Лекция1

Лекция 1.

Тема 1 Основные характеристики и параметры технических средств обработки информации.

1.1 Введение. Предмет, его задачи.

1.2 Основные характеристики ЭВМ

1.3 Классификация средств ЭВТ

1. Введение. Предмет, его задачи и место в подготовке инженеров.

Целью предмета и соответствующего курса лекций является приобретение знаний о современной архитектуре и принципах построения технических средств обработки и передачи информации, а так же навыков использования компьютерных средств в практике информационной и управленческой деятельности. Эти навыки должны базироваться на понимании основных принципов построения компьютерной техники и ее применения для решения задач в профессиональных видах деятельности и в повседневной жизни. Курс лекций и лабораторных практических занятий читается в течение двух семестров. Первый семестр заканчивается зачетом, второй – экзаменом. Первый семестр предусматривает изучение основ компьютерных средств и технологий для информационных систем сосредоточенной архитектуры, второй – для распределенной архитектуры и систем связи и передачи данных.

Литература:

1. В.Ф. Мелехин, Е.Г. Павловский. Вычислительные машины, системы и сети. – М: издательский центр «Академия», 2010, 560 с.

2. Д.В. Иртегов. Введение в сетевые технологии. – СПб.: БХВ-Петербург, 2004. – 560 с.

3. Хабрейкен Д, Хайден М. Освой самостоятельно сетевые технологии.: Пер. с англ. – М.: ООО»И.Д. Вильямс», 2007. – 432 с.

Дополнительная литература:

1. Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. – СПб.: Питер, 2004. – 703 с.

2. В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. Спб: Питер, 2005.-864 с.: ил.

3. Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. – СПб.: Питер, 2004 – 923 с.:ил..

4. Таненбаум Э. Архитектура компьютера. – СПб.: Питер, 2005.- 699 с.: ил.

При проектировании систем обработки и передачи информации принято выделять технические средства в качестве отдельной компоненты – обычно эту компоненту называют комплексом технических средств. Именно технические средства осуществляют изменение свойств информации, ее хранение и перемещение в пространстве. От свойств и параметров технических средств во многом зависит величина затрат на реализацию этих основных технологических процессов обработки информации. Комплекс технических средств для удобства проектирования и анализа информационных систем обычно делят на несколько классов:

- компьютеры (или ЭВМ);

- средства хранения данных;

- средства связи;

- средства отображения информации.

В качестве признака такой классификации использован основной способ воздействия технического средства на информацию (функциональное свойство). Кроме того, эта классификация является традиционной, и, одновременно, она отражает основную структуру промышленности, выпускающей технические средства обработки информации. В то же время такая классификация не является безупречной, в настоящее время выпускаются технические средства, которые можно отнести к нескольким классам одновременно. Выпускают, кроме того, множество средств обеспечения устойчивой и надежной эксплуатации ТС (системы охлаждения, бесперебойного питания, конструктивные элементы и т.д.).

Одна из основных проблем, которую необходимо решить в процессе создания систем обработки данных, состоит в выборе технических средств для обеспечения требований к обработке информации. Обычно такие требования первоначально формируются в техническом задании на разработку системы и уточнятся в процессе ее разработки и эксплуатации. Проблему выбора технических средств решают на основании оценки функциональных, технических, эксплуатационных и экономических параметров ТС.

При проектировании ИС технические средства обработки информации являются одной из 4 обязательных компонент. (КТС, ПО, ИО, КД и ЭД). (Речь идет о системах, как о законченных изделиях, а не об отдельных компонентах систем).

Проектные решения излагаются в комплекте конструкторской документации, в состав которой входит Схема деления. Это документ, который определяет состав системы (как изделия) и отношения между элементами системы, как правило, в форме иерархии. Этот способ определения состава изделия отражает современную технологию производства технических средств обработки информации.

Каждая составляющая КТС (компьютеры, средства хранения информации, средства связи и передачи данных, средства отображения, вспомогательное оборудование) имеет набор параметров, определяющих функциональные возможности оборудования, надежностные параметры, параметры энергопотребления, стоимостные параметры, эксплуатационные параметры. Используя эти параметры, конструктор определяет состав оборудования с учетом требований ТЗ, которые излагаются в форме ограничений (оптимизация). Предполагается, что состав КТС полностью определяется из покупных изделий).

1.2. Основные характеристики компьютеров (ЭВМ)

В настоящее время система параметров или характеристик ЭВМ не носит строго формализованного характера. Это происходит потому, что сфера применения средств ВТ непрерывно растет, компьютеры давно уже перестали быть просто вычислителями и используются во всех технологиях обработки информации. В связи с этим параметры компьютеров можно разделить на две категории:

- общие параметры

- специальные параметры.

К числу общих параметров относят:

- архитектуру

- производительность (быстродействие, тактовая частота)

- объем оперативной памяти

- потребляемую мощность

- надежность

- стоимость

- затраты на обслуживание.

Количество специальных параметров может быть значительно шире и их конкретный список зависит от области применения. Например, к числу специальных параметров относят величину топологической нормы микропроцессоров, объем быстрой (КЕШ) памяти, частота системной шины и т.п. Ниже в качестве примера представлены наиболее употребляемые параметры МП.

Таблица составлена по данным, опубликованным на веб-серверах производителей, по состоянию на ноябрь 2003 года. Некоторые данные могут оказаться неполными или не совсем точными.

1.3. Классификация ЭВМ

Можно указать несколько признаков классификации:

- область применения

- поколение ЭВМ

- быстродействие ЭВМ

- архитектура ЭВМ

В шестидесятых годах академиком Глушковым были определены три глобальных сферы деятельности человека, требующие применения ЭВМ:

- традиционная сфера автоматизации вычислений;

- обработка информации в автоматизированных системах управления;

- решение задач искусственного интеллекта.

В настоящее время количество сфер применения увеличилось:

- автоматизация проектирования;

- моделирование процессов;

- прогнозирование

- организация обмена данными;

- хранение и поиск информации и т.д.

Каждое из этих направлений сформировало специальные требования к ЭВМ.

Классификация по поколениям ЭВМ (с 1 по 5) в настоящее время носит скорее познавательный характер и используется при изучении истории возникновения ЭВМ.

Классификация по быстродействию ЭВМ является исторически традиционной.

По быстродействию ЭВМ принято делить на следующие классы:

- мощные компьютеры (суперЭВМ). Ориентированы на обработку больших потоков заявок или большой объем вычислений, как правило, это специализированные компьютеры.

- кластерные ЭВМ – многопроцессорные вычислительные машины.

- серверы. ЭВМ, управляющие определенными сетевыми ресурсами и предоставляющие услуги доступа к этим ресурсам.

- рабочие станции. Компьютеры для выполнения проектных работ.

- персональные компьютеры.

- сетевые компьютеры.

Здесь так же отсутствует «чистота» классификации. Многие современные компьютеры можно отнести к нескольким классам одновременно.

Проблема классификации архитектур ЭВМ оказалось достаточно сложной и попытки ее решить предпринимались многими специалистами. В настоящее время известно более двадцати способов классификации архитектуры. Основными способами (по названию их авторов) являются:

1. Классификация Флинна: единственность или множественность потоков данных и команд. (SISD, SIMD, MIMD).

2. Классификация Фенга: две простые численные характеристики параллелизма (пословный и поразрядный параллелизм).

3. Классификация Шора: шесть "типичных архитектур" вычислительных систем.

4. Классификация Хендлера: количественное описание параллелизма на трех различных уровнях обработки данных (выполнение программы, выполнение команд, обработка битов).

5. Классификация Хокни: конкретизация класса MIMD.

6. Классификация Шнайдера: конкретизация класса SIMD (основная идея - выделение этапов выборки и непосредственно исполнения в потоках команд и данных).

7. Классификация Джонсона: четыре класса MIMD-компьютеров (компьютеры с общей или распределенной памятью, программируемые с помощью передачи сообщений или разделяемых переменных).

8. Классификация Базу: последовательность решений, принятых на этапе проектирования архитектуры.

9. Классификация Кришнамарфи: четыре качественные характеристики параллелизма (степень гранулярности параллелизма, способ реализации, топология и природа связи процесоров, способ управления процессорами).

10. Классификация Скилликорна: описание архитектуры компьютера как абстрактной структуры, состоящей из компонент 4 типов (процессор команд, процессор данных, иерархия памяти, коммутатор).

11. Классификация Дазгупты: построение схем архитектур из семи базовых понятий.

12. Классификация Дункана: использование для классификации набора общих параметров компьютеров.