Архитектура на компютърната система




ИмеАрхитектура на компютърната система
Дата на преобразуване19.11.2012
Размер68.27 Kb.
ТипДокументация
източникhttp://tinamu.ucoz.com/1-Arhitektura_na_PC.doc
Архитектура на компютърната система


  1. Кратка история на компютрите

За създаването на съвременния компютър имат директен или индиректен принос редица открития и изобретения.

Още с възникването на първите културни общества човечеството е търсило начини да автоматизира правенето на изчисления. В началото се създават механични сметала, които представлявали дървени рамки с паралелно разположени пръчки и на тях нанизани мъниста или топки. С развитието на математиката и механиката през ХVІІ век започват опити за създаване на механични устройства за извършване на изчисленията. С най-значителен принос са разработките на Джон Непер, Вилхелм Шикард, Блез Паскал и Готфрид Лайбниц. Следващата голяма крачка в развитието на изчислителната техника са сметачните машини на Чарлз Бебидж, създадени в началото на ХІХ в. Неговата „аналитична машина” се смята за предшественик на съвременния компютър, защото е имала всички основни елементи, които притежава съвременният компютър.

Откриването на електричеството и създаването на първите електрически устройства и машини насочва усилията на учените и изобретателите към създаване на електромеханични изчислителни машини. Най-известни са машините на Херман Холерит, основател на IBM, и Конрад Цузе.

По времето, когато се разработват първите изчислителни машини с електромагнитни релета, американският професор по теоретична физика Джон Атанасов (с български произход) с асистента си Клифърд Бери разработва електронен компютър през периода 1937 – 1942 година. Компютърът е създаден в Университета в щата Айова и носи наименованието ABC (Atanasoff-Berry Computer). В този компютър са заложени следните важни идеи:

    • изчислителните устройства трябва да се основават на цифров принцип, като се използва двоична бройна система;

    • като елементи за съхраняване на двоична информация (заредено и незаредено състояние) да се използват кондензатори;

    • за извършване на операциите събиране и изваждане на двоични числа да се използват електронни логически схеми.

    • за въвеждане и извеждане на информацията са включени перфокартни устройства.

САЩ се включват във втората световна война и проектът на Джон Атанасов не е завършен докрай поради спиране на финансирането. Компютърът на Джон Атанасов оказва голямо влияние за по-нататъшното развитие на компютърните технологии. Това е първата изчислителна машина, която използва електронни логически схеми за извършване на аритметични операции. Някои концепции в нея намират масово приложение в съвременните компютърни технологии. Такива са: използване на кондензатори като елементи на оперативната памет в компютърните системи, регенерация на заряда на кондензаторите в паметта, разделяне на паметта от логическите процеси и други.

През 1945 година Джон Мокли (John Mauchly)1 и Джон Екърт (J Presper Eckert) създават на основата на проекта на Джон Атанасов действащ електронен компютър ENIAC. Той е извършвал над 5000 операции в секунда. Изпълнимите команди, които са съставлявали дадена програма, са били задавани чрез специални електрически схеми и превключватели върху управляващо табло. За да се изпълни друга програма е трябвало да се преработят схемите на това управляващо табло.

В колектива, разработващ усъвършенстван наследник на машината ENIAC, се включва математикът Джон фон Нойман (американец от унгарски произход). Той предлага една много плодотворна идея - компютърът да има опростена фиксирана физическа структура и същевременно да може да изпълнява всякакъв вид изчисления с помощта на подходяща програма, записана в паметта на компютъра. Това означава, че изпълнението на нови програми не налага да се извършва промяна на схемите на свързване, а само замяна на записаната в паметта програма. Техниката за съхранение на програмите съгласно идеите на фон Нойман се превръща в основа за бъдещите поколения високоскоростни цифрови компютри. Нещо повече, компютрите работещи с програми записани в оперативната им памет, получават едно общо наименование - компютри с фон Нойманова архитектура.


  1. Що е компютърна архитектура


Компютърната архитектура отразява най-общите принципи на взаимодействие на хардуера и софтуера при организация на изчислителния процес. Тя не отразява конкретните конструктивни особености на компютъра, управлението и предаването на данни вътре в процесора и др. под. [1]

Терминът "архитектура" сред многото си други значения има значение и на "структура на нещо". Именно това значение се употребява при описание на организацията на компютърните системи.

В [2] е дадено следното определение:

Компютърната архитектура е съвкупност от характеристики и параметри, определящи функционалната, логическа и структурна организация на компютрите. Това понятие включва принципите на построяване и функциониране на компютърните системи, заедно с основните програмни средства за работата му.

Архитектурата на съвременните компютърни системи е многостепенна йерархия на апаратните и програмни средства, които изграждат системата. Всяко ниво допуска многовариантно изпълнение и комплектация.


  1. Принципи на фон Нойман. Компютри с фон-нойманова архитектура

Основната идея за създаване на машина, способна автоматично да извършва пресмятания по предварително зададен алгоритъм, принадлежи на Чарлз Бебидж. Главното допълнение на тези идеи дължим на Джон фон Нойман (Принстънски университет – САЩ). Фон Нойман формулира няколко принципа за изграждане на компютрите, осигуряващи универсалност и ефективност:

1. Компютърът трябва да бъде електронно устройство и да използва двоичен код.

2. Структурата на компютъра трябва да включва аритметично-логическо устройство (АЛУ), устройство за управление (УУ), памет и устройства за въвеждане и извеждане на информация.

3. Компютърът трябва да работи под управлението на програма, състояща се от инструкции, която се съхранява заедно с данните в една и съща линейна едномерна последователно адресируема памет.

4. Съдържанието на паметта се адресира чрез номерата на отделните клетки, без да се взема предвид типа на данните в тях.

5. Докато данните и инструкциите са в паметта, няма явно различие между тях, те се идентифицират само при изпълнение на програмите.

6. Компютърът трябва да изпълнява инструкциите последователно една след друга, след прочитането им от паметта.

7. Аритметичното устройство на машината се конструира на основата на електронна схема за извършване на операцията сумиране, защото останалите аритметични действия са производни на събирането.

Универсалността на компютрите, изградени на тези принципи, се изразява в това, че изпълнението на нова програма не налага промяна в схемите на свързване, а само замяна на записаната в паметта програма.

Тези принципи се използват и сега, поради което се счита, че повечето от съвременните компютри са от фон-нойманов тип. Реализирането на подобни принципи за обработка на информацията чрез конкретен компютър е пряко свързано с неговата архитектура.

На фиг. 1 е показана схема на компютър с фон-нойманова архитектура.




фиг. 1 Компютър с фон-нойманова архитектура


4. Основни компютърни архитектури

4.1. Последователна архитектура (на фон Нойман)

При компютрите с последователна архитектура се извлича и изпълнява само една инструкция в даден момент.



фиг. 2 Схема на работа на компютър с фон-нойманова архитектура


В зависимост от начина на съхраняване на данните и инструкциите съществуват две архитектурни разновидности на последователната архитектура:

  • архитектура "Принстън" – съответства на идеите на фон Нойман за обща памет за данните и инструкциите;

  • архитектура "Харвард"отделни памети за данните и инструкциите;




Компютрите, изградени по класическа архитектура, работят последователно във времето и това не е особено ефективно и рационално от гледна точка на работата на цялата система. Затова в компютрите от среден клас се използва канална архитектура, в която е налице известна паралелност по отношение на управлението на входно-изходните устройства. Това управление се поема от специализиран процесор, наречен канал. Каналът получава задачи от централния процесор за реализиране на входно-изходните операции и го "уведомява", когато те са приключили.







Така, за входно-изходната система се очертават две основни архитектури:

  • с непосредствени връзки – архитектура с обща шина – използва се при малки компютри;

  • с канални връзки – използва се при компютри от среден клас;

4.2. Паралелна архитектура

Една от перспективните технологии за повишаване на скоростта и производителността на компютрите е паралелната обработка. Основната цел на паралелната обработка е да се намери начин едновременно да се изпълняват най-много действия от алгоритъма за изчисляване.

Например, паралелна обработка може да се осъществи, като се използват множество процесори, които извършват едновременна обработка.




От цялото многообразие на начините за организация на паралелната обработка може да се отделят три основни направления:

1. Съвместяване във времето на различни етапи от различни задачи.

2. Едновременно решаване на различни задачи и части на една задача.

3. Конвейерна обработка на информацията.

Съвременните паралелни компютри се разделят на два големи класа:

а) паралелни архитектури, непосредствено еволюирали от фон Ноймановата архитектура – мултипроцесори, мултикомпютри, асоциативни процесори, систематични процесори, векторни процесори, паралелни компютри с функционална реконфигурация;

б) паралелни компютри с принципно нови механизми на управление – паралелни компютри с управление на потоци данни, паралелни логически компютри, паралелни компютри, ориентирани към функционални езици.


ЛИТЕРАТУРА

1. Станев, Ст. А. Смит и др. Компютърни системи и мрежи. Шумен. УИ Епископ К. Преславски, 2002, с.16-20.

2. Щраков, Ст. Програмиране и използване на компютри – лекции. http://www.shtrakov.net/CST_PICI.htm


1 Справка за правилното произношение на името може да се направи в Интернет, напр. на сайта inogolo.com или http://dictionary.reference.com


Свързани:

Архитектура на компютърната система iconПрограма, която управлява компютърната система и всички нейни компоненти и следи за коректното изпълняване на задачите. В същността си представлява съвкупност от средства за управление работата на компютърната система и улеснява диалога с потребителя
Операционна система програма, която управлява компютърната система и всички нейни компоненти и следи за коректното изпълняване на...
Архитектура на компютърната система iconКомпютърна система. Състои се от 3 компонента
Операционна система управлява ресурсите на компютърната система – софтуера, хардуера и хората
Архитектура на компютърната система iconВъншни носители на информация в компютърната система
Ако микропроцесорът е сърцето на микрокомпютърната сис-тема то операционната система е нейният мозък. Операционната система има отворен...
Архитектура на компютърната система iconКонспект по Компютърни архитектури
Предмет на компютърната архитектура. Исторически бележки. Архитектурните принципи на Фон Нойман
Архитектура на компютърната система iconВид на урока
Запознаване с наименованията и предназначението на частите на компютърната система
Архитектура на компютърната система iconКонспект по основи на компютърната графика
Стуктури от данни в компютърната графика. Представяне на многоъгълници, криви, повърхнини, многостени
Архитектура на компютърната система iconКомпютърът е сложно техническо устройство това е тялото на компютърната система. Основните му функционални части са: процесор, оперативна памет и устройства за
Компютърът е сложно техническо устройство – това е тялото на компютърната система. Основните му функционални части са: процесор,...
Архитектура на компютърната система iconВалидиране на менторинга 2
Тази информация ще бъде съхранявана в компютърната система на координатора, както и в копие на хартия
Архитектура на компютърната система iconПиксели и резолюция
Изображенията като обект на създаване, обработка и разпространение в компютърната графика също се делят на растерни и векторни. Те...
Архитектура на компютърната система iconТест 1 Компютърната система се състои от
Действието, при което се увеличава размерът на прозореца на програма, така че да заемe целия екран на монитора се нарича
Поставете бутон на вашия сайт:
Документация


Базата данни е защитена от авторски права ©bgconv.com 2012
прилага по отношение на администрацията
Документация
Дом