т.п. Эти изменения в структуре управления превращают УУ в отдельный процессор переработки управляющей информации, имеющий свои внутренние команды, ЗУ, буферное ЗУ, ПЗУ и арифметическое устройство.

1.2. Базовые параметры и технические характеристики ЭВМ

ЭВМ - самые сложные системы и сравнение их может быть проведено весьма относительно. Провести сравнительную оценку ЭВМ разных типов возможно, рассмотрев совокупность различных показателей. Главными из них являются технические характеристики, стоимость приобретения, стоимость эксплуатации. Для специализированных ЭВМ это может быть еще и вес аппаратуры. Основные технические характеристики - это производительность, емкость ОЗУ, пропускная способность подсистемы ввода-вывода, надежность функционирования.

Производительность - это показатель эффективности ЭВМ или ВС, использующий некоторые характеристики скорости работы системы. Измеряется обычно в числе наиболее повторяющихся либо средних по длительности операций в секунду (опер/с). Значения производительности изменяются от сотен опер/с у персональных компьютеров, микроЭВМ и микропроцессоров до 109 опер/с и выше у суперЭВМ. Производительность зависит не только от самой ЭВМ, но и от особенностей обрабатываемой информации, таких, как разрядность слов, форма представления чисел - с плавающей или фиксированной точкой, частоты повторения различных операций в общем потоке выполняемых программ и др. Поэтому оценка производительности осуществляется для тестовых наборов задач и предварительно выявляется процентное содержание команд различного типа. Значения производительности могут использоваться для ориентировочной оценки реальной производительности при решении конкретных задач. Иногда производительность удобно оценивать как число выполняемых команд в минуту, число выполняемых заданий в день и т.д.

Емкость ОЗУ определяет возможности ЭВМ по выполнению сложных программ с обработкой больших объемов информации. Обозначается Созу, измеряется в битах, байтах, словах, килобайтах (Кб) , мега - и гигабайтах (Мб и Гб).

Так, в ЭВМ, применяемых в системах автоматизированного проектирования САПР Созу колеблется от 10К до 1Г. Емкость ОЗУ динамического типа, реализованного на ИС типов К565РУ3А и КР581РУ4, равна 16384 бит, а внутрикристальная память микропроцессора типа DSP32 фирмы АТ&Т США обладает емкостью 1К х 32 разрядных слов.

Пропускная способность подсистемы ввода-вывода позволяет определить возможности ЭВМ при обмене информацией с различными внешними устройствами или другими ЭВМ. Измеряется максимальным количеством единиц информации, передаваемых через подсистему ввода-вывода за единицу времени. Единицы измерения - бит/с, равный 1Бод; байт/с; Кб/с; Мб/с. Значения пропускной способности подсистемы Вв-Выв измеряются от сотен байтов/с до сотен мегабайтов/с. В справочной литературе обычно указывается количество каналов Вв-Выв и скорость работы каждого канала.

Надежность функционирования ЭВМ выражается показателями, имеющими вероятностный характер и основывается на значениях λ - характеристик интенсивностей отказов составляющих элементов. Основные показатели надежности функционирования:

- вероятность безотказной работы в течение заданного интервала времени τ Р(τ );

-время наработки до первого отказа Тн иногда обозначается как То. Так, для накопителя на магнитных дисках типа ЕС 5050 Тн равно 10.000 часов;

-среднее время восстановления работоспособности Т;

-коэффициент готовности Кг = Тн / (Тн + Тв);

-живучесть системы - способность системы к сохранению своих основных функций

хотя бы при пониженной эффективности системы при воздействии факторов катастрофического характера - в отличие от надежности как способности системы выполнять свои функции в нормальных, заранее рассчитанных условиях.

Общепринята классификация ЭВМ по производительности и стоимости. Четкое разделение ЭВМ на классы затруднено, так как микроэлектроника развивается быстро и ЭВМ по одним признакам относится, например, к миниЭВМ, а по другим - к ЭВМ высокой производительности. На рис. 1.2 приведена классификация ЭВМ с учетом производительности и стоимости.

ЭВМ подразделяются на универсальные, общего назначения, и специализированные - предназначенные для решения узкого круга задач с меньшими затратами оборудования, например, бортовые.

Области применения ЭВМ весьма широки и разнообразны. Так, суперЭВМ, принадлежащие к универсальным, предназначены для решения научных, экономических, инфор- мационно-поисковых задач, моделирования, параметрической оптимизации (например, Эльбрус). Универсальные ЭВМ средней производительности - IBM, ЕС ЭВМ - применяются в тех же областях деятельности, а также в САПР. МиниЭВМ применяются в системах автоматизации измерений, контроля, управления технологическими процессами, например М-7000, СМ-3, Электроника -100. Сюда же относятся ЭВМ, выполненные на микропроцессорах (МП) и микроконтроллерах (МК). И, наконец, микроЭВМ и персональные компьютеры (ПК) используются для текущей повседневной работы инженера. МП и ПК легко встраиваются, например, в «интеллектуальные» терминалы и персональные компьютеры.

1.3. Обмен информацией в микропроцессорной системе. Организация магистралей. Разделение ресурсов. Локальные, системные и внешние магистрали

На рис. 1.3 приведена схема логической структуры микропроцессорной системы. МикроЭВМ это совокупность МП, ОЗУ и ПЗУ вместе с УВв и УВыв, предназначенными для работы с оператором или с другой электронной системой. В МП систему входит также аппаратурный блок - информационный контроллер ИК, приводящий все связи и сигналы УВВ разных типов к стандартному виду. ИК имеет стандартный интерфейс со стороны подключения к информационной магистрали, состоящей из магистралей адресов, данных и управления (МА, МД, МУ), и нестандартный интерфейс со стороны УВВ.

МикроЭВМ становится центральной частью электронной системы контроля и управления, когда она вводится в контур управления некоторого объекта (процесса) ОУ. Для сопряжения с микроЭВМ ОУ оснащается датчиками состояния Д и исполнительными механизмами ИМ. Для согласования интерфейсов датчики и ИМ подключаются через блоки сопряжения БС.

Рассмотренная структура отражает магистрально-модульный принцип организации МПС. Отдельные блоки являются функционально законченными модулями со своими встроенными схемами управления, выполненными в виде одного или нескольких кристаллов БИС, заключенных в корпуса с соответствующим количеством выводов . Межмодульные связи и обмен информацией между модулями осуществляются посредством магистралей - коллективных шин.

Магистраль представляет собой совокупность всех линий интерфейса. Под линией понимается электрическая цепь, физическая связь. Шиной называется совокупность линий, сгруппированных по функциональному назначению - ША, ШД, ШУ для МПС.

К магистралям имеют доступ все основные модули системы, но в каждый момент времени возможен обмен информацией только между двумя модулями путем разделения времени модулями системы коллективных магистралей (шин), так называемого временного мультиплексирования шин. Посредством этого осуществляется разделение ресурсов МПС. Под ресурсом понимается любой из компонентов вычислительной системы: один или несколько процессоров, ЗУ и устройства ввода-вывода и предоставляемые системой возможности.

Магистральный принцип построения сопряжений модулей (интерфейса) МПС предполагает наличие информационно-логической совместимости модулей, реализуемой путем использования единых способов представления информации, алгоритма управления обменом, форматов команд управления обменом и способа синхронизации. Этот принцип позволяет минимизировать количество связей между блоками, повысить регулярность операционного и управляющего блоков, обеспечить стандартизацию интерфейсов, сократить число выводов БИС.

Для обеспечения совместимости интерфейсов процессора и УВВ и гибкости подсистемы вводавывода в МПС в состав ИК введены связной адаптер, обслуживающий УВВ с передачей информации последовательным кодом и управляющий двунаправленным потоком данных, и периферийный адаптер - для УВВ с параллельным кодированием, причем адаптеры программно-настраиваемые.

Наличие единого интерфейса для модулей памяти и УВВ, помимо прочего, объясняется ограниченным числом внешних выводов корпуса МП. Из-за ограниченного числа выводов корпуса МП интерфейс является «узким» местом МПС. Узкий интерфейс приводит к необходимости использования двунаправленных линий передачи информации ШД, что усложняет схемы буферов и приводит к необходимости использования временного мультиплексирования шин. Однако это требует специальных линий для идентификации передаваемой информации и приводит к снижению скорости передачи информации через интерфейс - пропускной способности интерфейса. Это снижение в свою очередь ограничивает производительность МПС и приводит к тому, что обычно МПС работают с небольшим числом источников и потребителей информации. Для сравнения, интерфейсы мультиплексного и селекторного каналов, подключающие высокоскоростные и низкоскоростные УВВ соответственно к процессору ЕС ЭВМ, позволяют подключать до 280 периферийных устройств.

По назначению магистрали МПС, например на базе микропроцессорного комплекта серии 1810 (однокристальный МП), подразделяются на локальную, подключающую к МП локальные ресурсы ЭВМ (клавиатуру, дисплей, аппаратуру последовательного и параллельного интерфейса), системную, соединяющую микроЭВМ с другими микроЭВМ или микропроцессорами в случае многопроцессорной системы, и внешнюю, иначе называемую резидентной, магистраль, подключающую к микроЭВМ другие внутренние модули и узлы микроЭВМ.

Классификация интерфейсов, магистралей, шин и линий, их описание и распространение для ЭВМ разных типов приводятся в ГОСТ 26.016-81.

Контрольные вопросы к главе 1

1 . Каково назначение средств вычислительной техники?

2 . В чем отличие понятий архитектура и структура ЭВМ? Что в этих понятиях есть общего? 3 . В чем отличие вычислительной микропроцессорной системы от управляющей МПС?

4.В чем заключается отличие универсальной ЭВМ от специализированной?

5.Какие по меньшей мере пять функциональных устройств составляют структуру цифровой ЭВМ?

6.Перечислите типы процессоров по функциональному назначению.

7.Каков состав центрального процессора и каковы его функции?

8.Какие устройства включает в себя операционный блок?

9.Каково назначение АЛУ?

10 .Каково назначение устройства управления ЦП?

11. В какой памяти располагаются микрокоманды?

12. В какой памяти располагаются временные, часто сменяющиеся программы и данные? 13. Каково назначение внешних устройств ВС?

14. Какие два типа информационных потоков вводятся в ЭВМ и помещаются в память? 15. Перечислите три типа связей в микроЭВМ.

16 . Назовите однонаправленные и двунаправленные шины микроЭВМ.

17. Перечислите основные технические характеристики ЭВМ и порядок их значений для микроЭВМ. 18. На какие классы подразделяются ЭВМ по показателям производительности и стоимости и в каких областях они применяются ?

19. В чем заключается магистрально-модульный принцип построения МПС? 20. Дайте определение терминам; линия, шина, магистраль, интерфейс.

21. Каково назначение интерфейсных БИС в ВС?

22.В чем заключается и как осуществляется разделение ресурсов ВС?

23.На какие типы по назначению подразделяются магистрали МПС?