Классификация ЭВМЭВМ классифицируются по: 1. Назначению. Обычно выделяют ЭВМ общего применения и ЭВМ ориентированные на вполне определенный класс задач. 2. Производительности: ЭВМ подразделяются по величине производительности. 3. Режимам работы: а) однопрограммные ЭВМ б) мультипрограммные ЭВМ (Эти ЭВМ должны иметь большую оперативную память, средства управления временем, ввода-вывода, средства позволяющие исключить влияния программ друг на друга) в) ЭВМ для построения много машинных и многопроцессорных вычислительных систем (дополнительно к мультипрограммным ЭВМ должны реализовывать функции взаимного обмена между ЭВМ) г) ЭВМ для работы в системах реального времени. (Говоря о машинах реального времени наиболее очевиден пример, когда ЭВМ управляет техническим объектом (автопилот). К ним предъявляют требования быстродействия и способность получать массу сигналов от внешних источников). 4. Способ структурной организации. Для увеличения скорости ЭВМ в ее состав включают несколько процессоров. Различают: а) Однопроцессорные ЭВМ б) Мультипроцессорные ЭВМ (можно также выделить квазипроцессорные ЭВМ), состоят как из однотипных, так и из разнотипных процессоров (неоднородные ЭВМ). Основная цель мультипроцессирования - получение сверх высокой производительности вычислительных систем (ВС). Как правило, такие системы содержат несколько десятков, сотен или тысяч сравнительно простых процессоров, и их число позволяет увеличивать производительность. Принципиально такие системы ориентируются на большой круг задач, которые допускают эффективное распараллеливание вычисление на регулярную структуру (связи между процессорами, как правило, фиксированы). Вообще-то не каждая задача достаточно хорошо распараллеливается на заданную ВС. ВС с параллельной обработкой также классифицируются. В качестве такой классификации выступает классификация по Флину. В ее основе лежит способ организации параллелизма ВС (множественность). Этот параллелизм определяется как максимальное число одновременных команд или операндов, которые находятся на одинаковой или какой-то определенной стадии выполнения. Согласно Флину существует 4 разновидности ВС: 1. ОКОД (SISD, одиночный поток команд одиночный поток данных). Такое структурное построение характерно для классических машин фон Неймана.
Функционирование в виде линейного процессора. ОУ, ОсП (основная память), УУ. Линейная организация вычислительного процесса обуславливает весьма низкую эффективность аппаратных средств (велик коэффициент простоя) Для повышения работы такой структуры применяются методы локального параллелизма - совмещенная или опережающая выборка команд, расслоение памяти, но, как правило, это требует дополнительных аппаратных затрат. 2. ОКМД (SIMD, одиночный поток команд множественный поток данных). Для данной ВС обычный поток команд воздействует на несколько процессорных блоков одновременно, которые обрабатывают различные данные по одной команде. Память в такой ВС является разделенной.
Первоначально типовыми представителями таких ВС были супер-ЭВМ (ILLIAC IV, STARAN, РЕРЕ, ПС-300). ВС с такой структурной организацией направлены на решение задач с естественным параллелизмом. В современных ЭВМ это реализовано в Pentium MMX. Конкретный пример реализации SIMD-стиля - см. § 8.1. 3. МКОД (MISD, множественный поток команд одиночный поток данных). Эту ВС обычно рассматривают как результат идей локального параллелизма. Иначе их называют конвейерные ВС. Операционная часть Вс является регулярной и представляет собой цепочку последовательно (линейно) соединенных процессорных блоков, которые образуют конвейер процессора. Данный конкретный блок является специализированным и выполняет вполне определенную часть команды. Впервые такую ВС разработал академик Лебедев.
4. МКМД (MIMD, множественный поток команд множественный поток данных) -общий случай мультипроцессорной системы. В общем случае связи между элементарными процессорами являются перестраевыми. Такая ВС позволяет повысить не только производительность, но и надежность. Как правило отказ одного процессора не приводит к выходу из строя всей системы. При такой организации ВС возникают сложности взаимодействия управления, при решение одной задачи. Иногда MIMD называют «моделью коллектива вычислителей»
Литература: Брябрин В. М. “Программное обеспечение персональных ЭВМ”. М. “НАУКА”, 1994 г. П. Нортон. "Персональный компьютер фирмы IBM и ОС MS-DOS", М., 1991г. П. Нортон. "Программно-аппаратная организация персонального компьютера IBM PC", М., 1995 г. Савельев А.Я., Сазонов Б.А., Лукьянов С.Э. "Персональный компьютер для всех". Книга 1. М., ВЫСШАЯ ШКОЛА, 1991 г. Савельев А.Я. Прикладная теория цифровых автоматов. Учебник для втузов. М.: 1989. Справочное Руководство по IBM PC. Методические материалы. Часть 2. ТПП “СФЕРА”. М. 1995 г. Таненбаум Э., Современные операционные системы. Издательство «Питер», Санкт-Петербург, 2002г. Фигурнов В. Э. “IBM PC для Пользователя” М, ИНФРА, 1998г. Техническая документация на процессоры Intel, взятая с веб-сайта фирмы Intel: http://www.intel.com Содержание: §1 Введение..................................................................................................................... 3 1.1. Определение........................................................................................................ 3 1.2. Обобщенная структура ЭВМ............................................................................ 3 §2. Две парадигмы программирования....................................................................... 6 2.1. Введение. Последовательная и параллельная модели программирования. 6 2.2. Параллелизм данных......................................................................................... 8 2.3. Параллелизм задач........................................................................................... 12 §3. Архитектурная организация ЭВМ основных классов и типов.................... 13 3.1. Ведение.............................................................................................................. 13 3.2. Аналоговая вычислительная техника.......................................................... 15 3.3. Гибридная вычислительная техника............................................................ 23 3.4. Дискретная вычислительная техника........................................................... 27 3.4.1. Специальные ЭВМ.......................................................................................................................... 27 3.4.2. Микропроцессорные ЭВМ и ПК................................................................................................. 29 3.4.3. ЭВМ общего назначения............................................................................................................... 32 3.4.4. Супер-ЭВМ........................................................................................................................................ 35 §4 История развития ВТ. Поколения ЭВМ............................................................ 37 4.1. Первое поколение ЭВМ................................................................................... 38 4.2. Второе поколение ЭВМ................................................................................... 39 4.3. Третье поколение ЭВМ.................................................................................... 40 4.4. Четвертое поколение ЭВМ.............................................................................. 42 4.5. Пятое поколение ЭВМ..................................................................................... 42 §5 Классификация и основные характеристики ЭВМ......................................... 43 5.1. Характеристики............................................................................................... 43 5.2. Классификация ЭВМ....................................................................................... 46 Литература:................................................................................................................ 51 Содержание:................................................................................................................ 51
|
