1

ЭВМ или просто ВМ - это совокупность аппаратных и программных средств, предназначенных для обработки информации. ВМ обычно содержит один основной процессор и, возможно, несколько сопроцессоров, имеет фиксированный состав и универсальное применение.Вычислительные системы(ВС), в отличие от ЭВМ, содержат несколько процессоров, имеют переменный состав и являются проблемно-ориентированными. Состав аппаратных и программных средств ВМ можно пояснить с помощью следующего рисунка

ЭВМ
Аппаратные средства				Программные средства (ПС)
Процессор	Набор устройств памяти	Устройства связи с внешней средой (внешние устройства)	Шины и протоколы связи между устрой-ствами	Операци-онные системы	Проблемно- ориентиро-ванные ПС	Инструмен-тальные ПС	Системы промежу-точного ПО	Утилиты

Процессор - основное устройство управления и обработки данных. Память – набор устройств для хранения информации, используемой в процессе работы машины. Внешние устройства обеспечивают взаимодействие машины с внешней средой (в том числе, с пользователями). Шины и протоколы связи реализуют физическую среду и алгоритмы обмена данными между различными устройствами.

Операционные системы - основные средства управления выполнением программ и распределением ресурсов машины между процессами. Инструментальные ПС включают все средства, необходимые для разработки программ: редакторы, компиляторы, отладчики и др. Проблеммно-ориентированные ПС предназначены для определенной области применения: MathCAD(научные вычисления),AutoCAD(конструирование), 3D-Studio(графические приложения) и т.д. Системы промежуточного ПО (Middleware) - ПС, позволяющие реализовать определенную технологию разработки программных средств:DCOM,CORBA,RMIи др. Утилиты - сервисные средства, облегчающие взаимодействия пользователя и ЭВМ: архиваторы, программы форматирования, антивирусные программы и др.

В настоящее время применяются следующие классы ЭВМ:

• Микро-ЭВМ - ВМ со встроенными микропроцессорами, используемые как программируемые контроллеры для промышленного оборудования (EmbeddedComputers);

• Персональные компьютеры (ПК PentiumI-IV) – ВМ, предназначенные для работы одного пользователя;

• Рабочие станции (SunWorkStations) – ВМ, большей производительности, чем ПК; имеют проблеммную ориентацию или управляют несколькими ПК, объединенными в простую сеть;

• Средние и большие машины (Hostcomputers) - вычислительные системы из нескольких процессоров (CDC6600,Cray,HP9000,Series800,SGI) - это системы, которые предназначены для решения сложных задач обработки данных и управления несколькими машинами;

• Супер ЭВМ - системы с параллельной архитектурой (IliacIV,VP-2000, Эльбрус), имеющие сверхвысокую производительность обработки данных.

Принцип программного управления и машина фон Неймана

Фон Нейман впервые предложил в 40-х годах нашего века концепцию хранимой программы, основные принципы которой заключаются в следующем:

1. команды, так же как и данные, хранятся в памяти машины, в команде указываются не сами данные, а адреса их размещения в памяти;

2. команды могут обрабатываться так же, как и числовые данные (модификация команд), но из-за снижения надежности программ этот подход сейчас не применяется;

3. хранимая программа позволяет осуществлять произвольный переход от одной команды к другой, что необходимо при реализации ветвлений и циклов в алгоритмах обработки.

Основные особенности первых машин, построенных по изложенным принципам и называемых сейчас машинами фон Неймановского типа, состоят в следующем:

1. наличие единого вычислительного устройства, включающего один процессор, память и некоторые внешние устройства;

2. использование линейной структуры адресации памяти со словами фиксированной длины;

3. централизованный принцип управления выполнением программы по последовательному алгоритму;

4. низкий уровень машинных команд, позволяющих выполнять только элементарные операции.

Для таких машин «узким» местом», ограничивающим производительность, является память и каналы связи: как данные, так и команды должны последовательно выбираться из памяти и передаваться между устройствами. Для повышения производительности в фон Неймановских машинах применяются:

• увеличение разрядности обработки данных (16 бит32 и 64 бита);

• активное использование конвейеризации при выборке и обработке команд;

• активное использование кэш-памяти (Cash- скрытый, не замечаемый пользователем), т.е. блоков памяти, которые являются буферными между процессором и оперативной памятью.

Понятие архитектуры, организации и реализации эвм

Архитектура - это множество ресурсов ЭВМ, доступных пользователю на логическом уровне, без детализации способов взаимодействия процессоров, устройств памяти, внешних устройств и программных средств.

Организация - это способы распределения функций, установления связи и взаимодействия процессоров, устройств памяти и внешних устройств, используемые для реализации возможностей, заложенных в архитектуре. При изучении организации рассматривают:

• представление и формат данных;

• уровни памяти и их взаимодействие;

• состав и формат машинных команд;

• систему прерываний;

• способы обмена данными.

Реализация – способы технического исполнения конкретных устройств, линий или шин связи и протоколов взаимодействия между ними.

Обычно на уровнях организации и реализации происходит перераспределение функций между аппаратными и программными средствами. Это порождает семейство машин одной архитектуры, но разной производительности.

2 Многоуровневая организация эвм.

В общем случае обработку информации на ЭВМ можно рассматривать в виде иерархической системы уровней, представленных следующей таблицей.

Пользователь данного уровня	УРОВЕНЬ	СОДЕРЖАНИЕ
Постановщик задач, Системный аналитик	Концептуальный	Пользователь задает режимы и виды обработки данных, необхо-димые для решения задачи
Пользователь функционального ПО, специалист в конкретной предметной области	Уровень проблеммно-ориентированных ПС	Решение предметных задач готовыми программными средствами
Разработчик функциональных программных комплексов, системный архитектор	Уровень промежуточного ПО (Middleware)	Технологии разработки программных систем COM,DCOM,CORBA,RMI
Разработчик функциональных программ	Уровень интегрированных сред и языков высокого уровня (ЯВУ)	Паскаль, СИ, Delphi, С++ Builder, Visual C
Системный программист Прикладной программист	Уровень ассемблера	Программирование фрагментов программ высокой эффективности
Системный программист	Уровень ОС	Обеспечение выполнения привилегированных команд
Программист/Электронщик	Уровень машинных команд	Цифровое кодирование и представление команд
Программист/Электронщик	Уровень микрокоманд	Описание набора элементарных операций, реализующих машинные команды
Электронщик	Уровень межрегистровых передач	Реализация операций на уровне пересылок между регистрами
Электронщик-технолог	Уровень вентилей	Технологический уровень, устройства машины представля-ются в виде интегральных схем

Достоинства такого представления ЭВМ:

• Каждый верхний уровень интерпретируется одним или несколькими нижними уровнями;

• Каждый из уровней можно проектировать независимо;

• Чем ниже уровень, на котором реализуется программа, тем более высокая производительность достижима;

• Модификация нижних уровней не влияет на реализацию верхних.