Обобщенная структура эвм и основные направления её развития
Рост производительности ЭВМ является одним из основных условий развития структуры ЭВМ. Основным направлением развития структуры ЭВМ является разделение функций системы и максимальная специализация подсистем для выполнения этих функций. Для каждой подсистемы ЭВМ выделены основные направления развития. Обрабатывающая подсистема. Развитие обрабатывающей подсистемы идет по пути разделения функций и повышения специализации составляющих ее устройств. Средства обработки освобождаются от функций управления системой за счет создания специальных средств, осуществляющих функции управления системой. Устройство управления памятью реализует эффективные методы передачи данных между средствами обработки и подсистемой памяти. Центральное устройство управления обеспечивает управление обрабатывающей подсистемой. Ряд функций центрального устройства управления передается в другие подсистемы (например, функции ввода-вывода), развиваются средства параллельной обработки нескольких команд (суперскалярная обработка, суперконвейерная и гиперконвейерная технологии выполнения команд, динамическое изменение последовательности команд, предварительная выборка данных, предсказание направления ветвлений и т. д.). Управление межпроцессорным обменом обеспечивает обмен информацией между несколькими центральными процессорами, входящими в состав вычислительной системы или комплекса. Операционные устройства (АЛУ) включают в себя средства скалярной (суперскалярной), логической обработки и средства векторной обработки. Время выполнения операций сокращается как за счет использования арифметического конвейера (одного или нескольких), так и за счет увеличения частоты работы операционных устройств. В устройствах скалярной обработки растет применение специальных операционных блоки, оптимизированных на эффективное выполнение отдельных операций, разрядность обрабатываемых слов возрастает. Подсистема Подсистема памяти состоит из нескольких уровней: 1. сверхоперативный уровень (локальная память процессора, кэш-память первого и второго уровня); 2.оперативный уровень (оперативная память, дисковый кэш); 3.внешний уровень (внешние ЗУ на дисках, лентах и т.д.).
Эффективными способами повышения производительности ЭВМ являются увеличение количества регистров общего назначения процессора, использование многоуровневой кэш-памяти, увеличение объема и пропускной способности оперативной памяти, буферизация передачи информации между ОП и внешней памятью. Увеличение пропускной способности оперативной памяти достигается за счет расслоения и секционирования. Подсистема ввода-выводаВ состав подсистемы ввода-вывода входит набор специализированных устройств, между которыми распределены функции ввода-вывода. Эти устройства определяют пропускную способность подсистемы ввода-вывода. Основными направлениями развития подсистем ввода-вывода являются совершенствование системных контроллеров и контроллеров ввода-вывода, увеличение частоты и пропускной способности интерфейсов, совершенствование шинной архитектуры. Подсистема управления и обслуживания. Подсистема управления и обслуживания — это совокупность аппаратно-программных средств, предназначенных для обеспечения максимальной производительности, заданной надежности, ремонтопригодности, удобства настройки и эксплуатации. Она обеспечивает проблемную ориентацию и заданное время наработки на отказ, подготовку и накопление статистических сведений о загрузке и прохождении вычислительного процесса, выполняет функции «интеллектуального» интерфейса с различными категориями обслуживающего персонала, осуществляет инициализацию, тестирование и отладку.
При разработке структуры ЭВМ все подсистемы должны быть сбалансированы между собой. Только оптимальное согласование быстродействия обрабатывающей подсистемы с объемами и скоростью передачи информации подсистемы памяти, с пропускной способностью подсистемы ввода-вывода позволяет добиться максимальной эффективности использования ЭВМ. Важнейшими факторами, определяющими функциональную и структурную организацию ЭВМ, являются выбор системы и форматов команд, типов данных и способов адресации.
