1.6. Структуры вычислительных систем

Понятие «вычислительная система» предполагает наличие множества процессоров или законченных вычислительных машин, при объединении которых используется один из двух подходов.

В вычислительных системах с общей памятью (рис. 1.6) имеется общая основная память, совместно используемая всеми процессорами системы. Связь процессоров с памятью обеспечивается с помощью коммуникационной сети, чаще всего вырождающейся в общую шину. Таким образом, структура вычислительной системы с общей памятью аналогична архитектуре с общей шиной, в силу чего ей свойственны те же недостатки. Применительно к вычислительным системам данная схема имеет дополнительное достоинство: обмен информацией между процессорами не связан с дополнительными операциями и обеспечивается за счет доступа к общим областям памяти.

Рис. 1.6. Структура вычислительной системы с общей памятью

Альтернативный вариант организации – распределенная система, где общая память вообще отсутствует, а каждый процессор обладает собственной локальной памятью (рис. 1.7). Часто такие системы объединяют отдельные ВМ. Обмен информацией между составляющими системы обеспечивается с помощью коммуникационной сети посредством обмена сообщениями.

Рис. 1.7. Структура распределенной вычислительной системы

Подобное построение вычислительных систем снимает ограничения, свойственные для общей шины, но приводит к дополнительным издержкам на пересылку сообщений между процессорами или машинами.

1.7. Перспективы совершенствования архитектуры вычислительных машин и вычислительных систем

Совершенствование архитектуры вычислительных машин и систем началось с момента появления первых ВМ и не прекращается по сей день. Каждое изменение в архитектуре направлено на абсолютное повышение производительности или на более эффективное решение задач определенного класса. Эволюцию архитектур определяют самые различные факторы, главные из которых показаны на рис. 1.8. Не умаляя роли ни одного из них, следует признать, что наиболее очевидные успехи в области средств вычислительной техники все же связаны с технологическими достижениями.

Рис. 1.8. Факторы, определяющие развитие архитектуры

вычислительных систем

1.8. Программное обеспечение компьютера

Компьютер – это сложное сочетание аппаратных и программных средств. Программное обеспечение (ПО) призвано ускорить и упростить процесс решения прикладной задачи, а также организовать более полное использование аппаратных средств компьютера. В настоящее время уже никто не программирует задачу в кодах машины. Программу составляют на языке высокого уровня, например C++, а затем эта программа транслируется на внутренний язык компьютера.

Обычно программные средства условно делят на три группы: операционные системы, программы технического обслуживания и пакеты прикладных программ.

Вся работа компьютера осуществляется под управлением операционной системы (ОС) – комплекса программ, предназначенного для распределения ресурсов компьютера, управления режимами его работы, облегчения подготовки программ, организации их выполнения и общения пользователя с компьютером. В этот комплекс входят трансляторы с определенных языков программирования. Все персональные компьютеры имеют трансляторы с Паска­ля, C++ и некоторых других языков, а конвейерно-векторные – трансляторы с Фортрана.

При работе компьютера возникает множество задач по планированию работы процессора, распределению и защите памяти, управлению периферийными устройствами и т.п. Но пользователи не имеют прямого доступа к отдельным устройствам компьютера. Связь их с этими аппаратными средствами осуществляется также при помощи программ ОС.

Обычно ОС имеет определенный графический интерфейс, с помощью которого пользователь выбирает необходимые для него действия. В персональных компьютерах IBM PC таким графическим интерфейсом де-факто служит заставка одной из ОС Microsoft Windows. Даже если используются ОС Linux, Solaris или какая-либо иная, при включении компьютера в начале работы все равно появляется такая заставка.

Программы технического обслуживания предназначены для уп­рощения трудоемкости при эксплуатации компьютера. В состав таких средств входят программы проверки работоспособности компьютера, диагностирования неисправностей, выявления имеющихся периферийных устройств и их состояния. В современных персональных компьютерах эти про­граммы входят в состав базовой системы ввода-вывода BIOS и выполняются при включении компьютера в работу.

Пакеты прикладных программ – это комплекты программ, пред­назначенные для решения часто встречающихся классов задач и расширения функций ОС, например для управления базами данных. Наличие пакетов прикладных программ значительно упрощает и ускоряет процесс программирования.