Файл: Особенности процессорных архитектур. Cisc и risc архитектура. Их краткая характеристика.docx

Современные серверы высокой мощности характеризуются:

• 
  наличием двух или более центральных процессоров RISC, реже CISC;
  
• 
  многоуровневой шинной архитектурой, в которой запатентованная высокоскоростная системная шина связывает между собой несколько процессоров и оперативную память, а также множество стандартных шин ввода/вывода, размещенных в том же корпусе;
  
• 
  поддержкой технологии дисковых массивов RAID;
  
• 
  поддержкой режима симметричной многопроцессорной обработки, которая позволяет распределять задания по нескольким центральным процессорам или режима асимметричной многопроцессорной обработки, которая допускает выделение процессоров для выполнения конкретных задач.
  

Мейнфреймы:

Мейнфрейм – это синоним понятия «большая универсальная ЭВМ». Мейнфреймы и до сегодняшнего дня остаются наиболее мощными (не считая суперкомпьютеров) вычислительными системами общего назначения, обеспечивающими непрерывный круглосуточный режим эксплуатации. Они могут включать один или несколько процессоров, каждый из которых, в свою очередь, может оснащаться векторными сопроцессорами (ускорителями операций с суперкомпьютерной производительностью).

Основными поставщиками мейнфреймов являются известные компьютерные компании IBM (ведущая роль), Amdahl, ICL, Siemens Nixdorf и др. В архитектурном плане мейнфреймы представляют собой многопроцессорные системы, содержащие один или несколько центральных и периферийных процессоров с общей памятью, связанных между собой высокоскоростными магистралями передачи данных. При этом основная вычислительная нагрузка ложится на центральные процессоры, а периферийные процессоры (в терминологии IBM - селекторные, блок-мультиплексные, мультиплексные каналы и процессоры телеобработки) обеспечивают работу с широкой номенклатурой периферийных устройств.

Стремительный рост производительности персональных компьютеров, рабочих станций и серверов создал тенденцию перехода с мейнфреймов на компьютеры менее дорогих классов: миникомпьютеры и многопроцессорные серверы. Эта тенденция получила название "разукрупнение" (downsizing). Однако этот процесс в самое последнее время несколько замедлился. Основной причиной возрождения интереса к мейнфреймам эксперты считают сложность перехода к распределенной архитектуре клиент-сервер, которая оказалась выше, чем предполагалось. Кроме того, многие пользователи считают, что распределенная среда не обладает достаточной надежностью для наиболее ответственных приложений, которой обладают мейнфреймы.

---

Главным недостатком мейнфреймов в настоящее время остается относительно низкое соотношение производительность/стоимость.

Кластерные архитектуры:

Двумя основными проблемами построения вычислительных систем для критически важных приложений, являются обеспечение высокой производительности и продолжительного функционирования систем. Наиболее эффективный способ достижения заданного уровня производительности – применение параллельных масштабируемых архитектур. Задача обеспечения продолжительного функционирования системы имеет три составляющих: надежность, готовность и удобство обслуживания. Наиболее эффектиными в этом плане являются кластерные системы. Термин «кластеризация» можно определить как реализация объединения машин, представляющегося единым целым для операционной системы, системного программного обеспечения, прикладных программ и пользователей. Машины, кластеризованные вместе таким способом могут при отказе одного процессора очень быстро перераспределить работу на другие процессоры внутри кластера.



29. Цикл обработки команды современного процессора.

30. Многоуровневая организация ЭВМ. Многоступенчатая обработка.

31. Оценка производительности вычислительных систем.

32. Понятие архитектуры вычислительной системы.

33. Организация автоматической работы ЭВМ. Управляющие функции процессора. Общая организация выполнения программы на ЭВМ.

Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки информации, называют вычислительной техникой. Конкретный набор, связанных между собою устройств, называют вычислительной системой. Центральным устройством большинства вычислительных систем ЭВМ.

ЭВМ– это электронное устройство, которое выполняет операции ввода информации, хранения и обработки ее по определенной программе, вывод полученных результатов в форме, пригодной для восприятия человеком. За любую из названных операций отвечают специальные блоки ЭВМ:

• 
  процессор;
  
• 
  постоянная память;
  
• 
  оперативная память;
  
• 
  периферийные устройства.
  

Аппаратные средства ЭВМ построены по иерархическому принципу, т.к. все эти блоки состоят из отдельных меньших устройств.

---

Процессор - основная часть ЭВМ, непосредственно осуществляющая процесс обработки информации. В зависимости от выполняемой функции процессор может быть центральным, или управляющим конкретной задачей. Процессор предназначен для автоматического (без участия человека) выполнения последовательности операций (арифметических, логических, операций обмена информацией). Для этого составляется программа, состоящая из команд.

Функции процессора:

• 
  Управление
  
• 
  Синхронизация
  
• 
  Координация
  

работой всех устройств ЭВМ

Для обеспечения выполнения функций в состав процессора обязательно входят:

• 
  Устройство управления (преобразует командную информацию в управляющие сигналы, воздействие которых на блоки компьютера обеспечивает автоматическое выполнение команд );
  
• 
  Арифметическо – логическое устройство (непосредственно выполняет арифметические и логические операции);
  
• 
  Блок регистров (хранит коды и адреса выполняемых команд, промежуточные данные, управляющую информацию).
  

В состав процессора (или устройства управления) входят также:

Блок связи с оперативной памятью - организует обмен информацией процессора с оперативной памятью и защиту участков оперативной памяти от недозволенных данной программе обращений.

Генератор тактовых импульсов задает тактовую частоту и через устройство управления задает ритм работы компьютера. Промежуток времени между двумя тактовыми импульсами – машинный такт. За машинный такт выполняется одна или несколько микроопераций.

АЛУ микропроцессора состоит из:

• 
  двоичного сумматора;
  
• 
  регистров хранения операндов;
  
• 
  регистров сдвига (для умножения);
  
• 
  (инвертора (для вычитания).
  

Устройство управления согласно коду операции, содержащемуся в команде, УУ формирует внутренние сигналы управления. Адресная часть команды совместно с сигналами управления используется для обращения к данным определенной ячейки памяти. В состав УУ входят схемы:

• 
  Регистров
  
• 
  Дешифраторов;
  
• 
  Счетчиков.
  

Различают следующие регистры CPU:



Характеристиками процессора являются:

• 
  Разрядность - количество одновременно принимаемых, обрабатываемых бит.
  
• 
  Тактовая частота – количество тактовых импульсов в единицу времени, выдаваемых генератором.
  
• 
  Элементная база, используемая для производства (электронные лампы, полупроводниковые элементы, интегральные схемы, большие и сверхбольшие интегральные схемы).
  
• 
  Технологические особенности – наличие технологических элементов, повышающих производительность (конвейеризация, суперконвейеризация, динамическое исполнение команд и т.д.)
  

---

---

Общая организация эвм

Программный принцип управления предусматривает существование программы управления и управляемых аппаратных средств

Программа и аппаратура всегда взаимосвязаны, поэтому для их представления используется понятие виртуальной машины как интерпретатора, реализуемого аппаратно или программно, или совокупно. Виртуальная машина необходима для удовлетворения пользовательских потребностей, поэтому может быть множество виртуальных машин.

В настоящее время для организации виртуальных машин используется три принципа:

1. 
   Иерархическая упорядоченность виртуальных машин.
   

Есть централизованные виртуальные ресурсы и некая программа управления этими ресурсами. Распределение этих ресурсов для решаемой задачи осуществляет операционная система. Ресурс предоставляется какому-либо процессу и после освобождения может быть занят другим процессом. Это сильно ограниченные ресурсы, то есть ресурс полностью предоставляется процессу.

2. 
   Распределенные взаимосвязанные виртуальные машины с децентрализованным управлением.
   

Операционная система осуществляет управление связями между ресурсами различных виртуальных машин.

3. 
   Динамическая организация виртуальных машин с потоковым управлением.
   

Наиболее распространенными являются ЭВМ с иерархической организацией. Можно выделить такие уровни гипотетической ЭВМ:

1. 
   Управление задачами.
   

а) уровень осуществляет планирование выполнения задач;

б) управление ресурсами (ОЗУ, ВЗУ, процессорное время и др.), которые требуются для выполнения задач.

2. 
   Процессы.
   

Процесс – это объект, предоставляющий системные ресурсы для запуска программы. При запуске программы создается поток:

а) организуется очередь потоков;

б) координируются связи между процессами. Каждому процессу предоставляется свое адресное пространство.

3. 
   Каталоги – для установления соответствия внешних и внутренних имен.
   
4. 
   Устройство ввода-вывода и драйверы.
   

Устройства ввода-вывода подключаются к ЭВМ с помощью специального интерфейса. Драйверы – это программы, управляющие устройствами ввода-вывода.

---