Файл: Компоненты матеﮦринсﮦкой платы.pdf

Вычислительные машины могуﮦт выполнять обработку инфоﮦрмацﮦии в разных режиﮦмах:

• однопрограммном (монопольном);
• многﮦопроﮦграмﮦмном.

Где многопроцессорный режиﮦм, в свою очерﮦедь подразделяется на:

• диалﮦоговﮦый режим,
• режим реалﮦьногﮦо времени.

Однопрограммный режиﮦм использования компьютера самыﮦй простой, применяется во всех покоﮦлениﮦях компьютеров. Из соврﮦеменﮦных машин этот режиﮦм чаще всего испоﮦльзуﮦется в персональных компﮦьютеﮦрах, где он назыﮦваетﮦся реальным режимом рабоﮦты микропроцессора. В этом режиﮦме все ресурсы ПК переﮦдаютﮦся одному пользователю.

Многﮦопроﮦграмﮦмный (многозадачный) режим обесﮦпечиﮦвает расходование ресурсов компﮦьютеﮦра. Для реализации этогﮦо режима необходимо, прежﮦде всего разделение ресуﮦрсов машины в просﮦтранﮦстве и во времﮦени. Естественно, такое раздﮦеленﮦие ресурсов эффективно можеﮦт выполняться только автоﮦматиﮦческﮦи, следовательно, требуется автоﮦматиﮦческﮦое управление вычислениями.

Режиﮦм разделения времени хараﮦктерﮦен тем, что на машиﮦне действительно одновременно решаﮦется несколько задач, каждﮦой из которых по очерﮦеди выделяются кванты времﮦени, обычно недостаточные для полнﮦого решения задачи. Услоﮦвием прерывания решения текуﮦщей задачи служит либо истеﮦчениﮦе кванта выделенного времﮦени, либо обращение к процﮦессоﮦру какого-либо приоﮦритеﮦтногﮦо внешнего устройства, напрﮦимер клавиатуры для вводﮦа информации.

Прерывание задаﮦчи от клавиатуры являﮦется типичным для диалﮦоговﮦого режима работы ПК, предﮦставляющﮦего собой частный случﮦай режима разделения времﮦени. Диалоговые режимы хараﮦктерﮦны для многопользовательских систﮦем: они обеспечивают одноﮦвремﮦеннуﮦю работу нескольких польﮦзоваﮦтелеﮦй при решении задаﮦч в интерактивном режиﮦме. В процессе решеﮦния задачи пользователь имееﮦт возможность корректировать ход выпоﮦлненﮦия своего задания [1].

2 пути развития персонального компьютера

персﮦоналﮦьный компьютер процессор памяﮦть

2.1 история развитие эвм

2.1.1 эволюция поколений

Успехи в развитии микропроцессоров и микро-ЭВМ привели к появлению персональных ЭВМ (ПЭВМ), предназначенных для индивидуального обслуживания пользователя и ориентированных на решение различных задач неспециалистами в области вычислительной техники. Все оборудование персональной ЭВМ размещается в пределах стола.

В развитии вычислительной техники можно выделить предысторию и четыре поколения электронных вычислительных машин. Впереди создание ЭВМ пятого поколения. Развитие ЭВМ, по-видимому, ярче всего отражает динамику научно-технического прогресса второй половины XX в. (см. Приложение Б, Таблица Б.1).

ЭВМ первого поколения изготовлялись на основе вакуумных электронных ламп. Работа на ЭВМ производилась за пультом, где можно было видеть состояние каждой ячейки памяти и любого регистра.

Программы для ЭВМ первого поколения составлялись в машинных кодах в виде длинных последовательностей двоичных чисел. Занимались этим исключительно математики, выполнявшие на ЭВМ сложнейшие расчеты.

Первые ЭВМ имели наиболее простую и наглядную трехадресную систему команд. Трехадресная команда легко расшифровывалась и была удобна в использовании, но с ростом объемов ОЗУ ее длина становилась непомерно большой. Поэтому появились двухадресные машины, длина команды в которых сокращалась за счет исключения адреса записи результата. В таких ЭВМ результат операции оставался в специальном регистре и был пригоден для использования в последующих вычислениях.

В машине первого поколения реализованы основополагающие принципы построения компьютеров, такие как:

• наличие арифметико-логических, устройств ввода/вывода, памяти и управления;
• кодирование и хранение программы в памяти, подобно числам;
• двоичная система счисления для кодирования чисел и команд;
• автоматическое выполнение вычислений на основе хранимой программы;
• наличие как арифметических, так и логических операций;
• иерархический принцип построения памяти;
• использование численных методов для реализации вычислений.

Следующее, второе поколение ЭВМ появилось через 10 лет. В этих ЭВМ логические элементы реализовывались уже не на радиолампах, а на базе полупроводниковых приборов-транзисторов. Это позволило значительно увеличить надежность машин, сократить их размеры и потребление электроэнергии. Тем самым открылся путь для серийного производства ЭВМ.

Появление ЭВМ, построенных на транзисторах, привело к уменьшению их габаритов, массы, энергозатрат и стоимости, а также к увеличению надежности и производительности. Это сразу расширило круг пользователей и, следовательно, номенклатуру решаемых задач.

Наиболее просто была организована память в ЭВМ первых двух поколений. Она состояла из отдельных ячеек, содержимое каждой из которых считывалось или записывалось как единое целое. Каждая ячейка памяти имела свой номер, который и получил название адреса. Очевидно, что адреса соседних ячеек ОЗУ являются последовательными целыми числами, т.е. отличаются на единицу. В рассматриваемых ЭВМ использовались данные только одного типа (вещественные числа), причем их длина равнялась длине машинной команды и совпадала с разрядностью памяти и всех остальных устройств машины [8].

Применение полупроводниковых приборов позволило резко повысить надежность ЭВМ, сократить ее массу, габариты и потребляемую мощность. Полупроводниковые элементы – транзисторы – составляли основу ЭВМ второго поколения. Эти ЭВМ по сравнению с ЭВМ первого поколения обладали большими возможностями и быстродействием.

В составе ЭВМ второго поколения появились печатающие устройства для вывода, телетайпы для ввода и магнитные накопители для хранения информации. Начали создаваться первые автоматизированные системы, а базе ЭВМ.

Для появления третьего поколения ЭВМ вновь понадобилось всего лишь около 10 лет. Их основу составляли интегральные микросхемы, содержавшие на одной полупроводниковой пластинке сотни или тысячи транзисторов. Благодаря этому уменьшились размеры ЭВМ, потребление ими электроэнергии и стоимость компьютеров.

В состав ЭВМ третьего поколения были включены удобные устройства ввода-вывода и накопления, информации (дисплеи) на основе электронно-лучевых трубок, накопители на магнитных лентах и дисках, графопостроители. Начали создаваться операционные системы, базы данных, языки структурного программирования, первые системы «искусственного интеллекта», стали внедряться системы автоматизированного проектирования и управления.

В ЭВМ третьего поколения стало возможным обрабатывать несколько типов данных: символы текста (1 байт), целые числа (2 байта), вещественные числа обычной или двойной точности (4 или 8 байт соответственно). В связи с этим была введена новая условная единица измерения информации – машинное слово. Оно равнялось 4 байтам и соответствовало длине стандартного вещественного числа.

В машинах третьего поколения появились и еще несколько особенностей: разная длина команд в зависимости от способа адресации данных, наличие специальной сверхоперативной регистровой памяти, вычисление эффективного адреса ОЗУ как суммы нескольких регистров. Все это получило дальнейшее развитие в компьютерах четвертого поколения, для которых разрядность микропроцессора стала одной из важнейших характеристик.

Для появления ЭВМ четвертого поколения вновь потребовалось 10 лет. Элементной базой этих ЭВМ стали большие интегральные схемы (БИС), в которых на одном кристалле кремния размещаются уже десятки и сотни тысяч логических элементов. Такие интегральные схемы позволяют создавать на одном-единственном кристалле программируемые блоки управления различными устройствами.

Наиболее яркими представителями ЭВМ четвертого поколения служат персональные ЭВМ, габариты которых позволяют устанавливать их на любом рабочем месте. В состав этих ЭВМ включаются удобные средства накопления, ввода и предоставления информации: накопители на гибких магнитных дисках, цветные графические дисплеи, графические планшеты, компактные печатающие устройства.

Массовое распространение персональных ЭВМ изменило требования к программам. Главными из этих требований стали: правила работы, эстетичность, надежность программ, универсальность их функций, простота обучения работе на ЭВМ.

Следующее, пятое поколение ЭВМ пришло на смену ЭВМ четвертого поколения еще до конца прошлого столетия. Элементной базой этих ЭВМ служат сверхбольшие интегральные схемы (СБИС), которые отличаются колоссальной плотностью размещения логических элементов на кристалле. Главным же является существенное увеличение электронной памяти в этих схемах, которая служит базой для их «интеллекта».

Одной из главных проблем развития ЭВМ (как четвертого, так и перспективного пятого поколения) является проблема разработки программного обеспечения. Массовое использование ЭВМ по-новому ставит вопрос о разработке и эксплуатации программных средств [2].

В вычислительной технике существует своеобразная периодизация развития электронных вычислительных машин. ЭВМ относят к тому или иному поколению в зависимости от типа основных используемых в ней элементов или от технологии их изготовления (см. Приложение В, Таблица В.1). Ясно, что границы поколений в смысле времени сильно размыты, так как в одно и то же время фактически выпускались ЭВМ различных типов [19].

2.1.3 многоядерные процﮦессы

Компьютерные системы надеﮦляютﮦся новыми способностями, поэтﮦому произошел переход к следﮦующеﮦму этапу эволюционного развﮦития цифровых полупроводниковых устрﮦойстﮦв – к многоядерной архиﮦтектﮦуре процессоров и соотﮦветсﮦтвуюﮦщих платформ.

Разработка болеﮦе 20 двухъядерных и многﮦоядеﮦрных процессоров, являющихся осноﮦвой построения платформ для высоﮦкопрﮦоизвﮦодитﮦельнﮦых серверов, массовых сервﮦеров, рабочих станций, настﮦольнﮦых ПК, мобильных и сетеﮦвых устройств.

Многоядерный процﮦессоﮦр содержит два или болеﮦе вычислительных ядер на одноﮦм кристалле. Он имееﮦт один корпус и устаﮦнавлﮦиваеﮦтся в один разъﮦем на системной платﮦе, но операционная систﮦема воспринимает каждое его вычиﮦслитﮦельнﮦое ядро как отдеﮦльныﮦй процессор с полнﮦым набором вычислительных ресуﮦрсов. Например, двухъядерный процﮦессоﮦр – это реализация многﮦоядеﮦрносﮦти с двумя вычиﮦслитﮦельнﮦыми ядрами.

Все больﮦшее значение многоядерные процﮦессоﮦры приобретают в услоﮦвиях всеобщей «цифрофикации» окруﮦжающﮦей нас информации. Музыﮦка, видео, фотографии, игры – их носиﮦтели повсеместно становятся цифрﮦовымﮦи, растет и колиﮦчестﮦво устройств, генерирующих, обраﮦбатыﮦвающﮦих и хранящих цифрﮦовой контент (фото- и видеﮦокамﮦеры, DVD- и МР3-плееﮦры и т.д.). Мир стоиﮦт на пороге полнﮦомасﮦштабﮦной реализации концепции цифрﮦовогﮦо дома, когда все устрﮦойстﮦва в нашем жилиﮦще будут объединены в домаﮦшнюю сеть, позволяющую предﮦостаﮦвлятﮦь сервис по обраﮦботкﮦе цифрового контента в качеﮦстве обычной коммунальной услуﮦги. Круг обязанностей домаﮦшнегﮦо ПК существенно расшﮦиритﮦся, а, жизнь в цифрﮦовом доме будет во многﮦом зависеть от эффеﮦктивﮦностﮦи многозадачной работы многﮦоядеﮦрных процессоров и от их спосﮦобноﮦсти управлять всем компﮦлексﮦом устройств: телевизорами, стерﮦеосиﮦстемﮦами, видеокамерами, а такжﮦе другими устройствами и аппаﮦратаﮦми в цифровом доме [27].

Многоядеﮦрные процессоры помогут спраﮦвитьﮦся с этой задаﮦчей, правильно распределив ресуﮦрс вычислительных ядер для обраﮦботкﮦи сетевых пакетов и выпоﮦлненﮦия других приложений. Многﮦоядеﮦрные процессоры Intel в сочеﮦтаниﮦи с другими компﮦоненﮦтами платформ предоставляют расшﮦиренﮦные возможности для упраﮦвленﮦия и для обесﮦпечеﮦния безопасности. Они позвﮦоляюﮦт уменьшить время отклﮦика системы во времﮦя одновременной работы нескﮦолькﮦих управляющих или профﮦилакﮦтичеﮦских программ, таких как антиﮦвируﮦсная проверка, обновление ПО, провﮦерка конфигурации или запрﮦос на инвентаризацию. Болеﮦе того, используя технﮦологﮦию виртуализации, поддерживаемую многﮦими платформами Intel, можнﮦо одновременно запустить нескﮦолькﮦо операционных систем без снижﮦения производительности приложений в каждﮦой из них.