русс | укр

Языки программирования

ПаскальСиАссемблерJavaMatlabPhpHtmlJavaScriptCSSC#DelphiТурбо Пролог

Компьютерные сетиСистемное программное обеспечениеИнформационные технологииПрограммирование

Все о программировании


Linux Unix Алгоритмические языки Аналоговые и гибридные вычислительные устройства Архитектура микроконтроллеров Введение в разработку распределенных информационных систем Введение в численные методы Дискретная математика Информационное обслуживание пользователей Информация и моделирование в управлении производством Компьютерная графика Математическое и компьютерное моделирование Моделирование Нейрокомпьютеры Проектирование программ диагностики компьютерных систем и сетей Проектирование системных программ Системы счисления Теория статистики Теория оптимизации Уроки AutoCAD 3D Уроки базы данных Access Уроки Orcad Цифровые автоматы Шпаргалки по компьютеру Шпаргалки по программированию Экспертные системы Элементы теории информации

Развитие микропроцессорной техники | Структура и режимы современных микропроцессоров

Тенденции развития микропроцессорной техники. Структура и режимы функционирования современных микропроцессоров

В настоящее время существует целый ряд закономерностей развития вычислительной техники, которые позволяют предвидеть и предсказывать основные результаты этого движения. При этом еще академик В.М. Глушков указывал, что существует три глобальные сферы деятельности человека, которые требуют использования качественно различных типов ЭВМ.
Первое направление является традиционным – применение ЭВМ для автоматизации вычислений. Это задачи проектирования новых образцов техники, моделирования сложных процессов, атомная и космическая техника и др. Отличительной особенностью этого направления является наличие хорошей математической основы, заложенной развитием математических наук и их приложений. Первый, а затем и последующие вычислительные машины классической структуры в первую очередь создавались для автоматизации вычислений.
Вторая сфера применения ЭВМ связана с использованием их в системах управления. Она родилась примерно в 60-е годы, когда ЭВМ стали интенсивно внедряться в контуры управления автоматических и автоматизированных систем. Новое применение вычислительных машин потребовало видоизменение их структуры. ЭВМ, используемые в управлении, должны были не только обеспечивать вычисления, но и автоматизировать сбор данных и распределение результатов обработки. Сопряжение с каналами связи потребовало усложнения режимов работы ЭВМ, сделало их многопрограммными и многопользовательскими. Для исключения взаимных помех между программами пользователя в структуру машин были введены средства разграничения: блоки прерывания и приоритетов, блоки защиты и т.п. Для управления разнообразной периферией стали использоваться специальные процессоры ввода-вывода данных или каналы. Именно тогда и появился дисплей как средство оперативного человеко-машинного взаимодействия пользователя с ЭВМ.
Этой сфере в наибольшей степени отвечали мини-ЭВМ. Машины этого типа имели такие особенности:

  • были более дешевыми по сравнению с большими ЭВМ, обеспечивающими централизованную обработку данных;
  • были более надежными, особенно при работе в контуре управления;
  • обладали большой гибкостью и адаптируемостью настройки на конкретные условия функционирования;
  • имели архитектурную прозрачность, т.е. структура и функции ЭВМ были понятны пользователям.

В настоящее время использование мини-ЭВМ сокращается. Исчезает и термин мини-ЭВМ. На смену им приходят ЭВМ других типов: это серверы, обеспечивающие диспетчерские функции в сетях ЭВМ, средние ЭВМ или старшие модели персональных ЭВМ (ПЭВМ).
Третье направление связано с применением ЭВМ для решения задач искусственного интеллекта. Примеры подобных задач: задачи робототехники, доказательства теорем, машинного перевода текстов с одного языка на другой, планирования с учетом неполной информации, составления прогнозов, моделирования сложных процессов и явлений и т.д.

 

 

Для решения различных задач нужна соответственно и различная вычислительная техника. Так, например, фирма IBM в настоящее время выпускает в основном четыре класса компьютеров, перекрывая ими широкий класс задач пользователей.

  • Большие ЭВМ (mainframe), которые представляют собой многопользовательские машины с центральной обработкой, с большими возможностями для работы с базами данных, с различными средствами удаленного доступа. Они в настоящее время продолжают развиваться, и выпуск их снова стал увеличиваться, хотя их доля в общем парке постоянно снижается. Новое их поколение предназначено для использования в сетях в качестве крупных серверов. Начало этого направления было положено фирмой IBM еще в 60-е годы выпуском машин IBM/360, IBM/370. Эти машины получили широкое распространение в мире. Новая серия машин S/390 продолжает эту линию. Она насчитывает более двух десятков моделей: а) IBM S/390 Parallel Enterprise Server-Generation 3 (13 моделей) – призваны заменить большие ЭВМ ранних моделей. Они позволяют задавать переменную конфигурацию (число процессоров – 1-10, емкость оперативной памяти – 512-81292 Мбайта, число каналов – 3-256); б) IBM S/390 Multiprise 2000 (тоже 13 моделей) – ориентированы на использование на средних предприятиях (число процессоров 1-5).
  • Машины RS/6000 – мощные по производительности и предназначенные для построения рабочих станций для работы с графикой, серверов, кластерных комплексов. Первоначально эти машины предполагалось применять для обеспечения научных исследований.
  • Средние ЭВМ, предназначенные в первую очередь для работы в финансовых структурах (ЭВМ типа AS/400 (Advanced Portable Model 3) – «бизнес-компьютеры», 64-разрядные). В этих машинах особое внимание уделяется сохранению и безопасности данных, программной совместимости и т.д. Они могут использоваться в качестве серверов в локальных сетях.
  • Компьютеры на платформе микросхем фирмы Intel. IBM-совместимые компьютеры этого класса составляют примерно 50% рынка всей компьютерной техники. Более половины их поступает в сферу малого бизнеса. В настоящее время фирма IBM проводит большие исследования и развитие собственной альтернативной платформы, получившей название Power PC. Это направление может позволить улучшить структуру аппаратурных средств ПК, а значит, и эффективность их применения. Однако новые модели этой платформы пока не выдерживают конкуренции с IBM PC. Немаловажным здесь является и неразвитость рынка программного обеспечения. Поэтому у массового пользователя это направление спроса не находит, и доля компьютера с процессором Power PC незначительна.

Кроме перечисленных типов вычислительной техники существует класс вычислительных систем, получивших название «суперЭВМ». Особенно эффективно применение суперЭВМ при решении задач проектирования, в которых натурные эксперименты оказываются дорогостоящими, недоступными или практически неосуществимыми. Одним из примеров подобных крупномасштабных задач следует считать задачу разработки новых схем СБИС для следующих поколений ЭВМ. СуперЭВМ позволяют по сравнению с другими типами машин точнее, быстрее и качественнее решать подобные задачи, обеспечивая необходимый приоритет в разработках перспективной вычислительной техники. Дальнейшее развитие суперЭВМ связывается с использованием направления массового параллелизма, при котором одновременно могут работать сотни и даже тысячи процессоров.
Существует и еще один класс наиболее массовых средств ЭВТ – встраиваемые микропроцессоры. Успехи микроэлектроники позволяют создавать миниатюрные вычислительные устройства, вплоть до однокристальных ЭВМ. Эти устройства, универсальные по характеру применения, могут встраиваться в отдельные машины, объекты, системы. Они находят все большее применение в бытовой технике (телефонах, телевизорах, электронных часах, микроволновых печах и т.д.), в городском хозяйстве (энерго-, тепло-, водоснабжении, регулировке движения транспорта и т.д.), на производстве (робототехнике, управлении технологическими процессами).
Таким образом, можно предложить следующую классификацию средств вычислительной техники, в основу которой положено их разделение по быстродействию.

  • СуперЭВМ для решения крупномасштабных вычислительных задач, для обслуживания крупнейших информационных банков данных.
  • Большие ЭВМ широкого назначения для управления сложными технологическими производственными процессами. ЭВМ этого типа могут использоваться и для управления распределенной обработкой информации в качестве сетевых серверов.
  • Персональные и профессиональные ЭВМ, позволяющие удовлетворять индивидуальные потребности пользователей. На базе этого класса ЭВМ строятся автоматизированные рабочие места (АРМ) для специалистов различного уровня.
  • Встраиваемые микропроцессоры, осуществляющие автоматизацию управления отдельными устройствами и механизмами.

 

Согласно концепции Дж. фон Неймана (вторая половина 40-х годов) определяется автономно работающая универсальная машина, объединяющая устройство управления, двоичное арифметическое устройство, память, устройства ввода и вывода в совокупности с внутренними связями. [ Мультипроцессорные системы и параллельные вычисления: Пер. с англ./Под ред. Ф.Г.Энслоу.-М.: Мир, 1976. - 384 с. ].

 

В таких структурах вычисления выполняются последовательно под централизованным управлением от команд. Набор команд составляет машинный язык низкого уровня для простых операций над элементарными операндами. Память, хранящая как команды, так и данные, состоит из ячеек фиксированного размера, линейно организованных в одномерном адресном пространстве.
Для освобождения арифметико-логического устройства от функций ввода-вывода и совмещения во времени процессов вычислений и ввода-вывода в середине 50-х годов ввод-вывод стал осуществляться прямо через память, а в дальнейшем – при помощи каналов ввода-вывода.
Традиционные неймановские архитектуры предусматривают единственное арифметическое устройство и одну глобальную основную память. Это предполагает последовательную обработку и ограничивает скоростные возможности таких вычислительных систем. Это основное узкое место последовательных неймановских архитектур устраняют параллельные архитектуры. В них независимо от формы реализации во всех случаях обработка распараллеливается по нескольким процессорам и выполняется с совмещением во времени, что позволяет значительно повысить скорость вычислений.

По режиму работы компьютерных систем различают системы, работающие в оперативном и неоперативном временных режимах. Первые, как правило, используют режим реального масштаба времени. Этот режим характеризуется жесткими ограничениями на время решения задач в системе и предполагает высокую степень автоматизации процедур ввода-вывода и обработки данных.
От того, насколько структура КС соответствует структуре решаемых на этой системе задач, зависит эффективность применения ЭВМ в целом. В наибольшей степени структурные характеристики определяются архитектурой системы.

 

Просмотров: 3804




Карта сайта Карта сайта укр


Уроки php mysql Программирование

Онлайн система счисления Калькулятор онлайн обычный Инженерный калькулятор онлайн Замена русских букв на английские для вебмастеров Замена русских букв на английские

Аппаратное и программное обеспечение Графика и компьютерная сфера Интегрированная геоинформационная система Интернет Компьютер Комплектующие компьютера Лекции Методы и средства измерений неэлектрических величин Обслуживание компьютерных и периферийных устройств Операционные системы Параллельное программирование Проектирование электронных средств Периферийные устройства Полезные ресурсы для программистов Программы для программистов Статьи для программистов Cтруктура и организация данных


 


Полезен материал? Поделись:

Не нашли то, что искали? Google вам в помощь!

 
 

© life-prog.ru При использовании материалов прямая ссылка на сайт обязательна.