Вычислительная система. Классификация вычислительных систем

МИНОБР НАУКИ РОССИИ

 

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный  педагогический университет»

 

Факультет дизайна и информационных технологий

 

Кафедра математики и информатики

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

 

По дисциплине: вычислительная техника и сети в отрасли

на тему: «Вычислительная система. Классификация вычислительных систем»

 

 

 

 

 

 

 

                                      Выполнил:

                                                            студент группы АЗС-11-1

                                        Чечков С.В.

 

                                                   Проверил: кандидат

                                                      педагогических наук

                                                                                доцент кафедры Костылев Д. С.

 

 

 

 

Нижний Новгород

2013 г.

Содержание

 

Введение ……………………………………………………………………….….…..3

1. Понятие вычислительных систем……..…………….………………….……….5

1.2 Основные характеристики  ВС……………………………………………..8

2. Классификация вычислительных систем………………….……………….10

2.1 Признаки классификации   вычислительных систем…………...……......10

2.2 Архитектура вычислительных  систем...………………………………..…14

Заключение………..…………………………………………………………………..16 
Список используемой литературы……………………………..………………….17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

        Основным направлением  совершенствования ЭВМ является  неуклонный рост производительности (быстродействия) и интеллектуальности  вычислительных средств. Наиболее  перспективным и динамичным направлением  увеличения скорости решения  прикладных задач является широкое  внедрение идей параллелизма  в работу вычислительных систем (ВС).          

        Дальнейшее  поступательное развитие вычислительной  техники напрямую связано с  переходом к параллельным вычислениям,  с идеями построения многопроцессорных  систем и сетей, объединяющих  большое количество отдельных  процессоров и ЭВМ. 

       Термин вычислительная система появился в начале  60-х гг. при появлении ЭВМ III поколения. Это время знаменовалось переходом на новую элементную базу - интегральные схемы. Следствием этого явилось появление новых технических решений: разделение процессов обработки информации и ее ввода-вывода, множественный доступ и коллективное использование вычислительных ресурсов в пространстве и во времени. Появились сложные режимы работы ЭВМ - многопользовательская и многопрограммная обработка. Отражая эти новшества, и появился термин “вычислительная система”,т.е. возможность построения параллельных ветвей в вычислениях, что не предусматривалось классической структурой ЭВМ.

       Создание ВС преследует следующие основные цели: повышение производительности системы за счет ускорения процессов обработки данных, повышение надежности и достоверности вычислений, предоставление пользователям дополнительных сервисных услуг и т.д.

        Наличие нескольких  вычислителей в системе позволяет  совершенно по-новому решать проблемы  надежности, достоверности результатов  обработки, резервирования, централизации  хранения и обработки данных, децентрализации управления и  т.д. 

        К настоящему  времени спроектированы и опробованы  сотни различных компьютеров,  использующих в своей архитектуре  тот или иной вид параллельной  обработки данных. В научной литературе и технической документации можно найти более десятка различных названий, характеризующих лишь общие принципы функционирования параллельных машин: векторно-конвейерные, массивно-параллельные, компьютеры с широким командным словом, систолические массивы, гиперкубы, спецпроцессоры и мультипроцессоры, иерархические и кластерные компьютеры, dataflow, матричные ЭВМ и многие другие. Если же к подобным названиям для полноты описания добавить еще и данные о таких важных параметрах, как, например, организация памяти, топология связи между процессорами, синхронность работы отдельных устройств или способ исполнения арифметических операций, то число различных архитектур станет и вовсе необозримым.

       Основные принципы  построения, закладываемые при создании  ВС:

• возможность работы в разных режимах;

• модульность структуры технических  и программных средств, что позволяет  совершенствовать и модернизировать  вычислительные системы без коренных их переделок;

• унификация и стандартизация технических  и программных решений;

• иерархия в организации управления процессами;

• способность систем к адаптации, самонастройке и самоорганизации;

• обеспечение необходимым сервисом пользователей при выполнении вычислений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Понятие вычислительных систем

 

 

Вычислительная  система - это рассматриваемый как единое целое комплекс, предназначенный решать определенные задачи, в котором задействованы центральный процессор, память и различные внешние устройства. Пример вычислительной системы: IBM-совместимый персональный компьютер и его различные внешние устройства.

Оценить достоинства вычислительной системы - значит показать, насколько  удачно и оправданно были подобраны  ее компоненты. В соединении с набором  специальных программ вычислительная система становится автоматизированной системой. Так, например, компьютер с программой для бухгалтерии составляют автоматизированную систему бухгалтера, а в сочетании с программой для расчета деталей машин - автоматизированную систему проектирования деталей машин. Разумеется, и та и другая программы могут быть в одном и том же компьютере.

Особенно много вычислительных систем создается для решения  задач в области обработки  информации (информационно-поисковые вычислительные системы, информационно-справочные системы) и для управления объектами производства (управляющие вычислительные системы).

В зависимости от сущности решаемой задачи к вычислительным системам предъявляются разные требования. Все  задачи можно разделить на две  категории: на те, что надо решать с  максимальной надежностью, безошибочно  и на те, которые надо решать максимально  быстро. Разумеется, системы с высокой  скоростью решения не строят это  в ущерб их надежности. Просто, при  создании одних систем приоритетом  является надежность, а для других - производительность и скорость. Вычислительные системы, которые в состоянии  обрабатывать данные со скоростью их поступления называются системами реального времени. Это свойство особенно важно для выбора системы оперативного управления. В других системах, работающих в относительном масштабе времени, еще необработанные данные постепенно накапливаются.

Основные понятия, используемые при изучении ВС

 

       Вычислительная система - это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенную для подготовки и решения задач пользователей. Отличительной особенностью ВС по отношению к ЭВМ является наличие в них нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку.

       Структура ВС - это совокупность комплексируемых элементов и их связей. В качестве элементов ВС выступают отдельные ЭВМ и процессоры. В ВС, относящихся к классу больших систем, можно рассматривать структуры технических, программных средств, структуры управления и т.д.

       Основные понятия, используемые в ВС, - это ЭВМ, центральный процессор (ЦП), программное обеспечение (ПО), канал ввода-вывода, устройство управления внешними устройствами (УУВУ) и периферийные устройства.

       В настоящее  время под словом ЭВМ обычно понимают  цифровые электронные машины, предназначенные для автоматизации процесса обработки информации. ЭВМ часто называют компьютером. Термин компьютер означает вычислитель, т.е. устройство для вычислений. Это связано с тем, что первые ЭВМ создавались только для вычислений, т.е. должны были заменить механические вычислительные устройства (арифмометры). Современные ЭВМ делятся на основные классы: суперЭВМ, мини-ЭВМ, микроЭВМ.

       ЦП обеспечивает непосредственное преобразование данных по заданной программе и осуществляет управление взаимодействием всех устройств ЭВМ. В состав ЦП входит центральное устройство управления, арифметико-логическое (операционное) устройство (АЛУ), внутренняя память процессора  (регистровая, сверхоперативная, кэш-память).

       ПО – совокупность программ, процедур и правил вместе со связанной с этими компонентами документацией, позволяющей использовать ЭВМ для решения различных задач. ПО позволяет усовершенствовать организацию ра-боты ВС с целью максимального использования ее возможностей; повысить производительность и качество труда пользователя; адаптировать программы пользователя к ресурсам конкретной ВС; расширить ПО ВС.

       Каналы ввода-вывода предназначены для выполнения операций ввода-вывода и обеспечивают все двусторонние связи между оперативной памятью и процессором, с одной стороны, и множеством различных периферийных устройств, с другой.

       УУВУ обеспечивает управление периферийными устройствами через селекторные (быстрые) и мультиплексные (медленные) каналы ввода-вывода. УУВУ бывают одиночные (управляющие работой одного внешнего устройства) и групповые (обсуживающие несколько однотипных внешних устройств, причем в каждый момент времени они обслуживают лишь одно внешнее устройство).

       Периферийные устройства, такие как внешние запоминающие устройства (ВЗУ), обеспечивают хранение больших массивов информации. Наиболее широкое распространение получили ВЗУ на магнитных носителях (лентах и дисках).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Основные характеристики ВС

 

Эффективное применение вычислительной техники предполагает, что каждый вид вычислений требует использования  компьютера с определенными характеристиками. Выбирая компьютер для решения  своих задач, пользователь интересуется функциональными возможностями  технических и программных модулей (как быстро может быть решена задача, насколько ЭВМ подходит для решения  данного круга задач, какой сервис программ имеется в ЭВМ, возможности  диалогового режима, стоимость подготовки и решения задач и т.д.). При  этом пользователь интересуется не конкретной технической и программной реализацией  отдельных модулей, а общими вопросами  организации вычислений. Последнее  включается в понятие архитектуры  ЭВМ, содержание которого достаточно обширно. Каждый из уровней допускает многовариантное  построение и применение. Современный  компьютер относится к классу открытых систем. Конкретная реализация каждого из уровней таких систем определяет особенности структурного построения, что может менять характеристики в широких пределах. Именно архитектура  отражает основные принципы, положенные в основу построения компьютеров. Детализацией архитектурного и структурного построения ЭВМ занимаются различные категории  специалистов вычислительной техники. Инженеры-схемотехники проектируют отдельные технические устройства и разрабатывают методы их сопряжения друг с другом. Системные программисты создают программы управления техническими средствами, информационного взаимодействия между уровнями, организации вычислительного процесса. Программисты-прикладники разрабатывают пакеты программ более высокого уровня, которые обеспечивают взаимодействие пользователей с ЭВМ и необходимый сервис при решении ими своих задач. Указанные специалисты рассматривают понятие архитектуры в более узком смысле. Для них наиболее важные структурные особенности сосредоточены в наборе команд ЭВМ, являющемся границей между аппаратными и программными средствами. Пользователи ЭВМ, которые обычно не являются профессионалами в области вычислительной техники, рассматривают архитектуру через более сложные аспекты, касающиеся их взаимодействия с ЭВМ (человеко-машинного интерфейса), начиная со следующих групп характеристик ЭВМ, определяющих ее структуру:

технические и эксплуатационные характеристики ЭВМ быстродействие и производительность; показатели надежности, достоверности, точности; емкость оперативной  и внешней памяти; габаритные размеры; стоимость технических и программных  средств; особенности эксплуатации и др.;