2.2. Типы архитектур вычислительных систем

Архитектура ВС - структура, характеристики и взаимосвязь устройств ЭВМ (структурная организация), принципы функционирования ЭВМ и ее машинный язык.

Вычислительная система – совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, внешних устройств и программного обеспечения, предназначенных для подготовки и решения задач пользователей.

ОДНОПРОЦЕССОРНЫЕ ВС. Архитектура Фон Неймана: 1 процессор, через который проходит 1 поток данных и 1 поток команд.

МНОГОПРОЦЕССОРНЫЕ ВС. Наличие нескольких процессоров. Следовательно, можно параллельно обрабатывать несколько потоков данных и несколько потоков команд.

МНОГОМАШИННЫЕ ВС. Несколько процессоров, не имеющих общей памяти. Каждая ЭВМ имеет свою память и классическую архитектуру Фон Неймана.

2. 3. Процессор.

Является основным элементом компьютера и предназначен для управления работой всего ПК, а также для выполнения арифметических и логических операций. В настоящее время наиболее распространенными моделями являются микропроцессоры Pentium и Celeron. Процессор построен на 1 или нескольких микросхемах. 1-й процессор содержал 2300 резисторов. Современные содержат их сотни тыс. и млн. В состав микропроцессора входят:

        арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией (в некоторых моделях ПК для ускорения выполнения операций к АЛУ подключается дополнительный математический сопроцессор);

        регистры общего назначения (РОН) – это быстродействующие ячейки памяти, используемые в основном как различные счетчики и указатели на адресное пространство ПК. В современных микропроцессорах имеется шестнадцать 64 –х битных регистров общего назначения. Обращение к регистрам позволяет значительно увеличить быстродействие выполняемой программы;

        кэш-память – блок высокоскоростной памяти, в которую копируются данные, извлеченные из оперативной памяти. Такое сохранение основных команд позволяет повысить производительность процессора. Современные микропроцессоры имеют кэш-память первого (L1) и второго (L2) уровней. Кэш-память первого уровня (L1), как правило, имеет объем 128 Кбайт, емкость кэш- памяти второго уровня достигает 1 Мбайта;

        устройство управления (УУ) формирует и подает во все элементы ПК в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций;

схемы управления шиной реализуют сопряжение и связь с другими устройствами ПК через системную шину.

2.4. Архитектура современных процессоров

CISK – небольшое количество регистров общего назначения, большое количество команд, большое число методов адресации данных в памяти, наличие различных форматов команд, большое кол-во команд типа регистр-память, возможность возникновения ошибок.

RISC – команды выполняются за 1 такт, при выполнении сложных команд в микропроцессоре происходит автоматическая сборка команды, обработка только в режиме РЕГИСТР, более высокая надёжность и скорость обработки выше в 2-4 раза.

VLIW – несколько команд, каждая из которых имеет ряд полей, каждое из которых управляет работой отдельного блока процессора. Длина команды – 64 разряда. Позволяет организовать работу параллельно с многими процессорами.

Модели выполнения команд

Последовательная: следующая команда начинает выполняться после завершения выполненья предыдущей.

Конвейерная: выполнение очередной команды начинается до завершения выполнения предыдущей. Сложная команда разбивается на несколько более простых команд.

Суперскалярная: выполняется несколько операций за 1 такт. Распознаются зависимые и независимые команды. Зависимые выполняются по последовательной модели, независимые – по конвейерной.

Если несколько процессоров имеют одинаковую систему команд, то они полностью совместимы. Т.е. программа, написанная для одного процессора, может использоваться другим. Процессоры, имеющие разные системы команд, называют несовместимыми. Группы таких процессоров рассматриваются как семейства процессоров. Например, Intel Pentium относится к семейству x86.