Микропроцессоры

Центральный процессор (ЦП) - программно-управляемое устройство обработки информации, предназначенное для управления работой всех блоков машины и выполнения арифметических и логических операций. Функции процессора: чтение команд из ОЗУ; декодирование команд, то есть определение их назначения, способа выполнения и адресов операндов; исполнение команд; управление пересылкой информации между МПП, ОЗУ и периферийными устройствами; обработка прерываний; управление устройствами, составляющими ЭВМ. Центральный процессор состоит из устройства управления, арифметико-логического устройства, микропроцессорной памяти, генератор тактовой частоты (ГТЧ).

Устройство управления (УУ) -- формирует и подает во все блоки машины управляющие импульсы; выдает адреса требуемых ячеек памяти, и передает их в другие блоки ЭВМ.

Арифметико-логическое устройство АЛУ состоит из регистров памяти, сумматора и схем управления; используется для выполнения арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией. Для увеличения скорости работы АЛУ подключают математический сопроцессор.

Запоминающее устройство - это внутренняя память процессора. Регистры служит промежуточной быстрой памятью, используя которые, процессор выполняет расчёты и сохраняет промежуточные результаты. Для ускорения работы с оперативной памятью используется кэш-память, в которую с опережением подкачиваются команды и данные из оперативной памяти, необходимые процессору для последующих операций.

Генератор тактовой частоты генерирует электрические импульсы, синхронизирующие работу всех узлов компьютера. В ритме ГТЧ работает центральный процессор.

Основные характеристики микропроцессора:

• разрядность;

• быстродействие;

• набор команд и способов адресации;

• потребляемая мощность;

• объем ПЗУ программ и ОЗУ данных;

• расширения памяти программ и данных;

• периферийные устройства, включая средства поддержки работы в реальном времени (таймеры, процессоры событий и т.п.);

• перепрограммирование;

• надежность средств защиты внутренней информации;

Быстродействие (вычислительная мощность) – это среднее число операций процессора в секунду.

1)Тактовая частота в МГц. Тактовая равна количеству тактов в секунду. Такт - это промежуток времени между началом подачи текущего импульса ГТЧ и началом подачи следующего. Тактовая частота отражает уровень промышленной технологии, по которой изготавливался данный процессор.

2)Разрядность процессора - это максимальное количество бит информации, которые могут обрабатываться и передаваться процессором одновременно. Разрядность процессора определяется разрядностью регистров, в которые помещаются обрабатываемые данные.

Система команд процессора представляет собой набор отдельных операций, которые может выполнить процессор данного типа. Разные модели микропроцессоров выполняют одни и те же операции за разное число тактов. Чем выше модель микропроц тем, меньше тактов требуется для выполнения одних и тех же операций.

Для математических вычислений к основному микропроцессору добавляют математический сопроцессор. Начиная с модели 80486DX процессор и сопроцессор выполняют на одном кристалле.

Шины микропроцессорной системы.

Шина данных — это основная шина, ради которой и создается вся система. Количество ее разрядов (линий связи) определяет скорость и эффективность информационного обмена, а также максимально возможное количество команд. Шина данных всегда двунаправленная, так как предполагает передачу информации в обоих направлениях. Наиболее часто встречающийся тип выходного каскада для линий этой шины — выход с тремя состояниями.

Шина адреса — вторая по важности шина, которая определяет максимально возможную сложность микропроцессорной системы, то есть допустимый объем памяти и, следовательно, максимально возможный размер программы и максимально возможный объем запоминаемых данных. Количество адресов, обеспечиваемых шиной адреса, определяется как 2^N, где N — количество разрядов. Например, 16-разрядная ША обеспечивает 65 536 адресов.

Шина управления — это вспомогательная шина, управляющие сигналы на которой определяют тип текущего цикла и фиксируют моменты времени, соответствующие разным частям или стадиям цикла. Управляющие сигналы обеспечивают согласование работы процессора (или другого хозяина магистрали, задатчика, master) с работой памяти или устройства ввода/вывода (устройства-исполнителя, slave). Управл сигналы обслуживают запрос и предоставление прерываний, запрос и предост прямого доступа.

Процессор 8086 состоит из операционного устройства, которое выполняет команды, и из устройства шинного интерфейса, которое выбирает команды, считывает операнды и записывает результаты. Оба устройства могут работать параллельно и в большинстве случаев обеспечивают значительное совмещение выборки и выполнения команд. В результате этого время выборки команды как-бы "исчезает" из цикла команды, так как операционное устройство выполняет команды, уже выбранные шинным интерфейсом.

PSW – регистр слова состояния процессора

АХ – аккумулятор

ВХ – регистр базового адреса

СХ- счетчик в операциях сдвигов, циклических операциях и др.

DX – неявно адресуется в операциях * и /, исп-ся в адресации портов

CS, SS, DS, ES – сегменты: кодовый, стековый, данных, доп-ный данных. Начальные адреса (16 из 20 разрядов адреса) хранятся в сегментных регистрах. Команды с обращением к памяти формируют 16-разрядный исполнительный адрес (ЕА), представляющий собой смещение в сегменте емкостью 64 kb. Т.о. физ адрес = сегм регистры + ЕА. При адресации портов I/O сегм регистры не исп-ся.

SP – указатель вершины стека

BP – указатель базы (?)

SI – индексный указатель (индекс источника)

DI – индекс приемника

IP – указатель команд (программный счетчик)

4. Прерывания. Типы прерываний. Структура и обслуживание прерываний. Таблицы указателей векторов прерываний. Контроллер прерываний. Прерывание — сигнал, сообщающий процессору о наступлении какого-либо события. При этом выполнение текущей последовательности команд приостанавливается, и управление передаётся обработчику прерывания, который реагирует на событие и обслуживает его, после чего возвращает управление в прерванный код.

Прерывания делятся:

1. Внешние - прерывания, связанные с работой периферийных устройств (принтеры, датчики и др.)

2. Внутренние - прерывания при возникновении аварийной ситуации, при выполнении некоторой инструкции программы (попытка деления на ноль, нарушения защиты памяти, переполнении разрядной сетки и др.)

3. Программные – (не являются настоящими прерываниями) возникают при выполнении особой команды процессора, выполнение которой инициализирует переход на новую последовательность команд.

Запросы, поступающие как от внутренних источников так и внешних выстраиваются по приоритетности. Прерывание вызывает обработчик прерываний, который вызывает прерывающую программу. Она состоит из 3 частей:

• подготовительная обеспечение сохранения прерванной программы;

• обслуживание прерываний основная часть состоит в том, что обеспечивает обработку прерывания;

• восстановление всех необходимых условий для продолжения прерванной программы.

Имеется два входа для обслуживания прерываний: немаскируемый NMI- пользователь не может блокировать запросы, маскируемыйINTR(запрос на прерывание принимается но не обслуживается). При выполнении программ могут автоматически вырабатываться внутренние прерывания (divisionby0). Также имеется режим пошагового выполнения программы.

При возникновении сигнала на обслуживание маскируемого прерывания от КП процессор:

1. выдает КП подтверждение прерывания (при приходе в середине выполнения команды она выполняется до конца);

2. считывает из КП код типа прерывания;

3. опускает в стек содержимое регистра флагов ,кодового сегмента (CS) и IP(содержит адреса смещения следующих команд);

4. вызывает и исполняет процедуру прерывания;

5. поднимает из стека содержимое регистров CS, IP и регистра флагов;

6. возвращается к выполнению следующей команды.

Обслуживание немаскируемого прерывания происходит быстрее и они имеют фиксированный код, не требует подтверждения и считывания типа прерывания (алгоритм обработки аналогичен маскируемым за описанными выше исключениями ).

Внутренние прерывания для них тип прерываний предопределен либо содержится в коде команды. Эти прерывания нельзя запретить кроме прерывания пошаговой работы. Любое внутреннее прерывание имеет более высокий приоритет, чем внешние кроме прерывания пошаговой работы.

• Команда INT n (n-тип прерывания) вызывает прерывание сразу же после своего завершения (n- кодируется программистом в команде и сразу вызывает нужную процедуру прерывания).

• Команда INT 0 прерывание типа 4 эта команда сразу генерирует тип 4 и выполняется при установке флага переполнения OF.

Приоритеты прерываний (в порядке убывания).

1. прерывания из-за ошибки деления.

2. программные прерывания, инициализируемые командой INTn

3. при переполнении INT 0.

4. немаскируемые NMI

5. маскируемые INT

6. прерывания пошаговой работы.

Для определения типа прерывания необходимо указать процедуру, которая обслуживает это прерывание. Для вызова процедуры составляется таблица указателей векторов прерываний, осуществляющая связь между кодом типа прерывания и процедурой, обслуживающей прерывания данного типа.

При выполнении процедуры прерывания опускается в стек содержимое регистра флагов ,кодового сегмента (CS) и IP, а флаги прерывания IF и TF трассировки сброшены. Эта процедура может разрешить внешние прерывания и допускает прерывания на вход NMI и INT. После завершения процедуры прерывания последней командой должна быть команда возврата.

Режим прерываний контрольной точки (необходим для отладки программы) позволяет сразу перейти на то место программы которое требуется выполнять в пошаговом режиме. Контрольной точкой называется то место программы где её выполнение приостановлено. Для обработки множества запроса на прерывания (а маскируемый вход всего один) в ЭВМ используются контроллеры прерываний. При возникновении ситуации, требующей немедленной реакции, машина должна прервать обработку текущих программ и перейти к программе обработки прерывания с последующим возвратом к выполнению прерванной программы этот процесс называется прерыванием программы.

Таблицы указателей векторов прерываний

Вектор прерывания – вектор нач-го состояния прерывающей программы. Вектор прерывания содержит всю необх. инф-ю для перехода к прерывающей программе, в том числе ее нач. адрес. Каждому уровню прерывания соотв-ет свой вектор прерывания. Векторы прерывания обычно нах-ся в спец-но выделенных фиксированных ячейках памяти.

Различают абсолютный и относительный приоритеты. Запрос, имеющий абс. приоритет, прерывает выполняемую пр-му и инициирует вып-е соотв-щей прерывающей программы. Запрос с относ. приоритетом явл-ся первым кандидатом на обслуж-е после завершения вып-я текущей программы.

Таблица указателей векторов прерываний осуществляет связь между кодом типа прерывания и процедурой, которая обслуживает прерывание данного типа. В микропроцессоре 8086 каждому прерыванию поставлен в соответствие код типа, допускается обработка до 256 типов прерываний. Таблица занимает 1 Кб памяти с диапазоном адресов 0–3FF и может содержать до 256 элементов. Каждый элемент i таблицы предст-ет собой полный нач. лог. адрес процедуры, которая обслуживает прерывание типа i. Слово с меньшим адресом содержит смещение, а слово с большим адресом – баз. адрес сегмента. Т.к. каждый элемент таблицы состоит из 4 байт, процессор выч-ет адрес нужного Эл-та таблицы путем умножения кода типа на 4.

Метод опроса предполагает поочередное опрашивание ПУ и определение его приоритета. Расположение ПУ в цепочке определяет его приоритетность, проанализировав значимость ПУ, можно изменить путь следования.

Опрос продолжается до тех пор пока не обнаружится ПУ пославшее запрос на прерывание.

Контроллер прерываний создает очередь ПУ (периферийных устройств), посылающих запросы на прерывания, обрабатывает информацию о приоритетности, определяет способ прерывания (векторные, методом поочередного опроса). Контроллер, получив запрос, формирует в свою очередь запрос к процессору.

Программируемый контроллер прерываний 8259A

Одна микросхема PIC может обслуживать 8 запросов прерываний. В современных компьютерах на базе процессоров Intel используются две микросхемы PIC, объединенных с помощью так называемого каскадного включения, что позволяет обслуживать до 15 источников прерывания.

Одна из микросхем является ведущей, а вторая – ведомая. Ведущий PIC связан с ЦП, а ведомый PIC с ведущим. Максимальные возможности каскадного включения PIC позволяют обслуживать до 64 внешних источников запросов прерываний. Связь между ведущим PIC и ЦП осуществляется по двум линиям: 1-ая линия INT PIC – INTR(CPU), 2 – ая линия INTA (CPU) – INTA (PIC).

Основные функции PIC.

Фиксация запросов, поступающих от подключенных к нему ВУ в специальном регистре запросов - IRR.

Осуществление внутреннего маскирования запросов с помощью специального регистра – маски IMR (0 – разрешение, 1 - запрет).

Выделение наиболее приоритетного запроса из всех поступивших и незамаскированных запросов.

Выдача в ЦП сигнала о наличии хотя бы одного незамаскированного запроса (по линии 1).

Выдача в ЦП номера (кода запроса) в цикле подтверждения прерывания, который, в свою очередь, модифицируется ЦП в адрес вектора прерываний (начальный адрес программы обработчика соответствующего прерываний).

Внутренняя структура PIC.

В состав PIC входят 7 байтных регистров, основными из которых являются:

IRR – Interrupt Request Register

IMR – Interrupt Mask Register

ISR – Interrupt Service Register (фиксируются запросы, принимаемые на обслуживание или обработку в ЦП)

Кроме регистров, в состав PIC входят комбинационные схемы, в частности:

Схема выделения наиболее приоритетного незамаскированного запроса.

Шифратор выделенного запроса.

Шифратор представляет собой комбинационную схему, осуществляющую преобразование двоичного унитарного кода (код с единственной единицей) в двоичный позиционный код, в данном случае шифратор имеет 8 входов и 3 выхода. Внешние запросы о ВУ поступают на входы ir0,..ir7.

Основные режимы работы PIC.

1) FNM (Fully Nested Mobile – Режим вложенных прерываний).

В этом режиме наивысшим приоритетом обладает запрос irq0, наинизшим irq7.Допускается прерывание прерываний, это означает, что поступление на вход PIC запроса с более высоким приоритетом, чем обрабатываемый, вызывает генерацию актив уровня выходного сигнала INT, который поступает в ЦП. В регистре ISR.

В регистре ISR может быть несколько установленных битов. Недостаток этого режима – достаточно сильная дискриминация запросов низшего уровня. В связи с этим, используется следующий режим.

2) ARM (Automatic Rotation Mode – Режим автоматического сдвига приоритета запросов).

Приоритеты линейно упорядочены и изменяются после обработки очередного запроса таким образом, что уровень обработанного запроса становится низшим, а следующий за ним уровень – высшим.

1. SRM (Specific Rotation Mode – Режим программно управляемых приоритетов). Уровень запроса наивысшего приоритета устанавливается извне путем передачи соответствующего приказа из ЦП в PIC.

2. PM (Polling Mode – Режим опроса). PIC лишь фиксирует поступающие запросы в IRR. Анализ содержимого IRR и соответствующая реакция на него осуществляется ЦП. При этом IRR предварительно считывается в ЦП с помощью команды IN <порт ввода/вывода>.

Взаимодействие между ЦП и ведущим PIC.

1. При наличии хотя бы одного незамаскированного запроса прерываний, PIC выставляет активный выходной сигнал INT, который поступает на вход INTR ЦП.

2. ЦП завершает текущую команду программы и проверяет состояние внешних входов NMI и INTR.

3. Если флаг IF установлен, процессор переходит к обработке запросов. При сброш флаге IF обработка запроса временно откладывается до выполнения процессором команды STI (Set Interrupt) IF = 1 (разрешено).

4. При IF = 1 процессор генерирует актив уровень выходного сигнала подтверждения прерывания INTA.

5. При получении сигнала INTA, PIC выполняет следующие действия:

a) сбрасывает бит обрабатываемого запроса в IRR;

б) устанавливает бит обрабатываемого запроса в ISR;

в) выставляет на внешнюю шину данных (в ее младший байт) номер обрабатываемого запроса;

6) ЦП принимает номер запроса по шине данных и модифицирует этот номер в адрес соответствующего вектора прерываний (модификация осуществляется путем умножения на 4 – сдвиг влево на 2 разряда).

7) Текущее значение регистра флагов CP и IP последовательно помещаются в стек, и тем самым сохраняется минимальный контекст прерываемой программы.

8) Два последовательных слова из таблицы векторов прерываний загружаются в регистр IP(слово по меньшему адресу) и CS (слово по большему адресу).

9) На аппаратном уровне осуществляется сброс флага IF.

10) Процессор переходит к выполнению первой команды обработчика прерываний.

5.Устройства USB: функции и хабы (состояния нисходящих портов хабов, хост-контроллер). USB (Universal Serial Bus) – универсальная последовательная шина.

Архитектура USB определяется следующими критериями:

• Легко реализуемое расширение периферии РС.

• Скорость передачи до 480 Мбит/с.

• Интеграция в технологию выпускаемых устройств.

• Открытие новых классов устройств, расширяющих РС.

• Простота кабельной системы подключений.

• Изоляция подробностей электрических подключений от пользователя.

• Возможность динамического «горячего»подключения/отключения периферии.

Структура USB

USB обеспечивает обмен данными между хост-компьютером и множеством одновременно доступных периферийных устройств. Распределение пропускной способности шины между подключенными устройствами планируется хостом и реализуется им с помощью посылки маркеров.

Устройства USB могут являться хабами, "функциями" или их комбинацией.

Хаб обеспечивает дополнительные точки подключения устройств к шине.

Функции USB предоставляют системе дополнительные возможности - подключение к ISDN, цифровой джойстик, акустические колонки с цифровым интерфейсом.

Работой всей системы USB управляет хост-контроллер, являющийся программно-аппаратной подсистемой хост-компьютера.

Физическое соединение устройств осуществляется по топологии многоярусной звезды. Центр каждой звезды – хаб. В вершине пирамиды – хост-контроллер. Хост-контроллер интегрируется с корневым хабом (root hub), обеспечивающим точки подключения.

Логически устройство, подключенное к любому хабу и сконфигурированное, может рассматриваться как подключенное напрямую к хост-контроллеру.

Функции представляют собой устройства USB, способные принимать или передавать данные или управляющую информацию по шине.

Функции должна быть выделена полоса в канале, выбраны специфические опции конфигурации.

Примерами функций являются: Указатели - мышь, планшет, световое перо.Устройства ввода - клавиатура или сканер. Устройство вывода - принтер, звуковые колонки (цифровые). Телефонный адаптер ISDN.

Хаб может распознать подключение или отключение устройств к этим портам и управлять подачей питания на их сегменты. Хаб обеспечивает изоляцию сегментов с низкой скоростью от высокоскоростных.

Используется диффер способ передачи сигналов D+ и D- по двум проводам. Лог 0 – < 0,3 В, лог 1 – > 2,8 В. Приемники выдерживают вх напряжение в пределах - 0,5...+3,8 В. Передатчики должны уметь переходить в высокоимпедансное состояние для двунаправленной полудуплексной передачи по одной паре проводов.

Дифференц или линейный приемник сигналов D+ и D-, передатчики этих линий управляются индивидуально.

Шина имеет два режима передачи. Полная скорость передачи сигналов USB составляет 12 Мбит/с, низкая - 1,5 Мбит/с. Для полной скорости используется экранированная витая пара с импедансом 90 Ом и длиной сегмента до 5 м, для низкой - невитой неэкранированный кабель до 3 м.

Разъемы типа "А" – для подключения к хабам. Вилки устанавливаются на кабелях, не отсоединяемых от устройств (клавиатура, мышь).

Разъемы типа "В" устанавливаются на устройствах, от которых соединительный кабель может отсоединяться (принтеры и сканеры). Ответная часть (вилка) устанавливается на соединительном кабеле, противоположный конец которого имеет вилку типа "А".

Конструкция разъемов обеспечивает позднее соединение и раннее отсоединение сигнальных цепей по сравнению с питающими.

Модель передачи данных

Каждое устройство USB представляет собой несколько независимых конечных точек, с которыми хост-контроллер может обмениваться информацией.

Каждое устройство обязательно имеет конечную точку с номером 0, используемую для инициализации и общего управления логическим устройством, а так же опроса его состояния.

Канал (pipe) - модель передачи данных между хост-контроллером и конечной точкой устройства. Имеются два типа каналов - потоки и сообщения. Поток доставляет данные от одного конца канала к другому, он всегда однонаправленный. Доставка всегда идет в порядке FIFO.

Сообщения: хост отсылает запрос к конечной точке, после которого передается или принимается поток сообщения, за которым следует пакет с информацией о состоянии конечной точки.

USB поддерживает как однонаправленные, так и двунаправленные режимы связи.

Типы передачи данных:

1. Управляющие посылки – используются для конфигурирования при подключения и в процессе работы для управления устройствами. Обеспечивает гарантированную доставку данных. Длина поля данных управляющей посылки не превышает 64 байт для полной скорости и 8 байт для низкой.

2. Сплошные передачи сравнительно больших пакетов. Занимают всю свободную полосу пропускания шины не занятую другими классами передач. Пакеты имеют поле данных размером 8, 16, 32 или 64 байт. Приоритет этих передач самый низкий.

3. Прерывания – короткие (до 64 байт на полной скорости и до 8 на низкой) передачи типа вводимых символов или координат.

4. Изохронные передачи - непрерывные передачи в реальном времени, занимающие предварительно согласованную часть пропускной способности шины и имеющие заданную задержку доставки.

Архитектура USB предусматривает внутреннюю буферизацию всех устройств.

Протокол

Транзакции по USB состоят из трех пакетов. Каждая транзакция планируется и начинается по инициативе контроллера, который посылает пакет-маркер, который описывает тип и направление передачи, адрес устройства и номер конечной точки. Устройство USB распознает свой адрес и подготавливается к обмену. Источник данных передает пакет данных (или уведомление об отсутствии данных). После успешного приема пакета приемник посылает пакет подтверждения приема информации.

Нумерация устройств шины явл постоянным процессом отслеж-щим динамические изменения физ топологии.

Хост определяет, является подключенное устройство хабом или функцией и назначает ему уникальные адрес USB. Хост устанавливает с этим устройством канал управления используя назначенный адрес и нулевой номер точки назначения. Когда устройство отключается, хаб автоматически запрещает использование соответствующего порта и сообщает об отключении контроллеру. Подключенному устройству позволяется потреблять от шины ток питания в пределах 100 мА. Рабочий ток не должен превышать 500 мА.

Хост-компьютер общается с устройствами через контроллер.

Хост имеет следующие обязанности:

• обнаружение подключения и отсоединения устройств USB;

• манипулирование потоком управления между устройствами и хостом;

• управление потоками данных;

• сбор статистики;

• обеспечение энергосбережения подключенными ПУ.

Для соединения USB шины и ПУ устройств используется 4-жильный кабель: 2 нити питания +5В и 2 нити для передачи дифференциального сигнала +D/-D. Система USB обеспечивает обмен данными между хост контроллером и множеством одновременно-доступных периферийных устройств. Распределение пропускной способности между ПУ осуществляется хост компьютером (этот же хост компьютер позволяет производить горячее подключение/отключение ПУ от системы.

Система USB делится на 3 уровня с определёнными правилами межуровнего взаимодействия:

Каждая часть ответственна за опред круг задач:

Client SW – ПО, соответствующее конкретному устройству и исполняемому на хост компьютере (может быть частью ОС либо драйвером);

USB system SW – поддержка USB со стороны ОС, не зависимое от конкретного устройства и client SW;

USB host controller – аппаратные программные средства, обеспечивающие подключение USB устройств и хост компьютера.

6.Основные принципы построения вычислительных систем. Многопроцессорные и многомашинные вычислительные системы. Вычислительные сети. Классификация вычислительных сетей. Вычислительные системы – это совокупность взаимосвязанных или взаимодействующих микропроцессоров или ЭВМ, периферийное оборудование и ПО, предназначенных для автоматизации, приёма, обработки, хранения и выдачи информации, ориентированные на получение сверхвысокой производительности и высокой надёжности средств вычислительной техники.

ВС м\б построена на основе : многопроцессорной системы; многомашинной структуры; распределённых сетей.

Объединение производится в целях уменьшения времени, необходимого для решения какой-либо конкретной задачи: задача расчленяется на модули, каждый из которых может быть решён на отдельном процессоре, а значит, работа идёт параллельно. После обработки все рез-ты собираются вместе и анализируются.

1. иногда от ВС, кроме высокой производительности, требуется высокая устойчивость и надёжность (при использовании в решении стратегических задач, например, в военном деле). В таких ситуациях предполагается сохранение работоспособности системы при любых возможных внештатных ситуациях. Особенно важны такие системы при решении задач реального времени. Управлять всей системой должна ОС, которая определяет доступ к периферии и общей памяти для всех процессоров системы.

2. ВС можно построить на базе отдельных ЭВМ, объединённых между собой. Каждая машина в такой системе будет обрабатывать один модуль общей задачи, после чего головная машина собирает все результаты и выдаёт конечный результат. В такой системе на каждой ЭВМ может стоять своя ОС, но они д\б способны к взаимодействию с другими машинами и ОС.

Создание многопроцессорных/многомашинных систем повышает надёжность решения поставленной задачи. В таких системах может быть использовано горячее резервирование: одна и та же задача паралл решается на нескольких машинах. При совпадении рез-тов, конечный ответ считается достаточно достоверным.

Принципы построения ВС.

Обеспечение:

• нескольких возможных рабочих режимов;

• модульности структур и программных, и технических средств;

• принцип унификации и стандартизации технических и программных средств;

• согласованности пропускных способностей отдельных функциональных частей

• принцип иерархии в организации управления процессом функционирования;

• способ-ти системы к самоорганизации, адаптивности к изменению условий функционирования.

Классификация ВС.

1) по назначению:

универсальные (для решения любых типов задач);

специализированные (предназначены для решения задач определённого типа, что отражено в изменении общей структуры системы – появляются специализированные блоки);

2) по типу комплектующих:

неоднородные системы

однородные системы (используются однотипные процессоры/ЭВМ); недостатком является использование загрузки отдельных типов ЭВМ или процессоров используют неоднородные.

Центральная ЭВМ более мощная осуществляет обработку информации слабых ЭВМ (1,2,3), которые осуществляют ввод, вывод данных, предварительную обработку и передачу в центральную ЭВМ посредством коммутатора. ВС с иерархической структурой могут иметь и более двух уровней иерархии.

3) по типу структуры

• с постоянной структурой, в процессе функционирования которой не изменяется состав функциональных и управляющих связей между её элементами.

• с непостоянной структурой. У переменных стр-ра изменяется на основе анализа текущей информации.

4) по степени территориальной разобщённости:

• системы сосредоточенного типа;

• системы распределённого типа.

5) по степени централизации управления

централизованные - все управляющие функции содержатся в одном элементе ЦП или центральном ЭВМ

децентрализованные - каждый процессор или ЭВМ действуют автономно, решая свои задачи

смешанное управление. ВС разбивается на группы взаимодействующих ЭВМ или процессоров, в каждом из которых осуществляется централизованное управление, а между группами децентрализованное.

Структура ВС.

1) Однопроцессорная ЭВМ.

В такой ЭВМ Одинарный Поток Команд и Одинарный Поток Данных. ОКОД

Используется принцип последовательной обработки данных, а значит необходимо мультиплексирование во времени выполнения программ; происходит разделение ресурсов и оборудования (АЛУ в каждый момент времени выполняет только одну программу). Производительность такой системы не очень высокая, хотя для выполнения пользовательских задач этого может быть достаточно.

2). Многопроцессорная система (Одинарный Поток Команд и Множественный Поток Данных); ОКМД

ПЭ представляют собой идентичные быстродействующие процессоры, имеющие память небольшой ёмкости. Они выполняют операции параллельно над разными потоками данных, но под управлением одного потока команд (паралл во времени выполняется одна и та же команда, но над разными потоками данных).

В данных системах реализуется синхронный паралл вычислительный процесс. Благодаря распараллел задач, производительность системы повышена.