Файл: Перечень ответов на вопросы к промежуточному зачету по дисциплине Организация эвм и вс.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 224
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Перечень ответов на вопросы к промежуточному зачету
по дисциплине «Организация ЭВМ и ВС»
1. Основные принципы построения ЗВМ.
Рассмотрим некоторые из наиболее популярных классификаций: по принципу действия.
Критерием деления вычислительных машин здесь является форма представления информации, с которой они работают:
1. Аналоговые (АВМ) - вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения).
Основные достоинства и недостатки АВМ:
- простота и удобство в эксплуатации;
- программирование задач для решения на них, как правило, нетрудоемкое;
- скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь - угодно большой (больше, чем у ЦВМ);
но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2-5%).
На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.
2. Цифровые (ЦВМ) - вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме.
3. Гибридные (ГВМ) - вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме.
Они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.
Наиболее широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации - электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без упоминания об их цифровом характере.
- по назначению
1. Универсальные (общего назначения) - предназначены для решения самых различных технических задач, экономических, математических, информационных и других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных.
Они широко используются в вычислительных центрах коллективного пользования и в других мощных вычислительных комплексах.
2. Проблемно-ориентированные - служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам.
Они обладают ограниченными по сравнению с универсальными ЭВМ аппаратными и программными ресурсами.
К проблемно-ориентированным ЭВМ можно отнести, в частности, всевозможные управляющие вычислительные комплексы
3. Специализированные - используются для решения узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций.
Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы.
К специализированным ЭВМ можно отнести, например, программируемые микропроцессоры специального назначения; адаптеры и контроллеры, выполняющие логические функции управления отдельными несложными техническими устройствами, агрегатами и процессами; устройства согласования и сопряжения работы узлов вычислительных систем.
- по размерам и функциональным возможностям
1. сверхбольшие (суперЭВМ);
2. большие (универсальные ЭВМ общего назначения);
3. малые (или мини);
4. сверхмалые (микроЭВМ)
2. Архитектуры процессоров и их сравнительная оценка. Процессоры CISC, RISC, VLIW, MISC и их особенности.
В зависимости от набора и порядка выполнения команд процессоры можно разделить на:
1. Complex Instruction Set Comand (CISC) – процессор со сложным (полным) набором команд;
2. Reduced Instruction Set Comand (RISC) – процессор с сокращенным набором команд;
3. Minimum Instruction Set Comand (MISC) – процессор с минимальным набором команд. Архитектура MISC строится на стековой вычислительной модели с ограниченным числом команд (примерно 20–30 команд);
4. Very long instruction word (VLIW) – процессор с очень длинным командным словом — архитектура с несколькими АЛУ. В одной инструкции процессора задаётся несколько операций, которые должны выполняться параллельно.
3. Основные характеристики ЭВМ.
Функциональные возможности ЭВМ обусловливают важнейшие технико-эксплуатационные характеристики:
• быстродействие, измеряемое усредненным количеством операций, выполняемых машиной за единицу времени;
• разрядность и формы представления чисел, с которыми оперирует ЭВМ;
• номенклатура, емкость и быстродействие всех запоминающих устройств;
• номенклатура и технико-экономические характеристики внешних устройств хранения, обмена и ввода-вывода информации;
• типы и пропускная способность устройств связи и сопряжения узлов ЭВМ между собой (внутримашинного интерфейса);
• способность ЭВМ одновременно работать с несколькими пользователями и выполнять одновременно несколько программ (многопрограммность);
• типы и технико-эксплутационные характеристики операционных систем, используемых в машине;
• наличие и функциональные возможности программного обеспечения;
• способность выполнять программы, написанные для других типов ЭВМ (программная совместимость с другими типами ЭВМ);
• система и структура машинных команд;
• возможность подключения к каналам связи и к вычислительной сети;
• эксплуатационная надежность ЭВМ;
• коэффициент полезного использования ЭВМ во времени, определяемый соотношением времени полезной работы и времени профилактики.
Либо
В качестве основных характеристик ЭВМ обычно рассматривают: быстродействие и производительность емкость памяти, стоимость и надежность.
Для пользователей обычно представляют основной интерес быстродействие и производительность.
Быстродействие оценивают либо как количество стандартных операций в единицу времени, либо как скорость вычислений при выполнении эталонного алгоритма или некоторого класса алгоритмов.
В качестве стандартных операций обычно выбирают либо короткую операцию сложения, либо операции с плавающей точкой.
4. Способы организации работы процессоров (последовательный, параллельный, конвейерный и т.д.).
Последовательная обработка
Во время процесса процессор считывает последовательность команд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Очерёдность считывания команд изменяется в случае, если процессор считывает команду перехода — тогда адрес следующей команды может оказаться другим. Другим примером изменения процесса может служить случай получения команды останова или переключение в режим обработки аппаратного прерывания.
Скорость перехода от одного этапа цикла к другому определяется тактовым генератором. Тактовый генератор вырабатывает импульсы
, служащие ритмом для центрального процессора.
Параллельная обработка
В основу было положено понятие потока, под которым понимается последовательность элементов, команд или данных, обрабатываемая процессором. Соответствующая система классификации основана на рассмотрении числа потоков инструкций и потоков данных и описывает четыре архитектурных класса:
SISD (single instruction stream / single data stream) - одиночный поток команд и одиночный поток данных
MISD (multiple instruction stream / single data stream) - множественный поток команд и одиночный поток данных.
SIMD (single instruction stream / multiple data stream) - одиночный поток команд и множественный поток данных.
MIMD (multiple instruction stream / multiple data stream) - множественный поток команд и множественный поток данных
В основе параллельного компьютера лежит идея использования для решения одной задачи нескольких процессоров, работающих сообща, причем процессоры могут быть как скалярными, так и векторными.
Конвейерная обработка
Конвейерная архитектура (pipelining) была введена в центральный процессор с целью повышения быстродействия. Обычно для выполнения каждой команды требуется осуществить некоторое количество однотипных операций, например: выборка команды из ОЗУ, дешифрация команды, адресация операнда в ОЗУ, выборка операнда из ОЗУ, выполнение команды, запись результата в ОЗУ. Каждую из этих операций сопоставляют одной ступени конвейера. Например, конвейер микропроцессора с архитектурой MIPS-I содержит четыре стадии:
· получение и декодирование инструкции (Fetch);
· адресация и выборка операнда из ОЗУ (Memory access);
· выполнение арифметических операций (Arithmetic Operation);
· сохранение результата операции (Store).
После освобождения k-й ступени конвейера она сразу приступает к работе над следующей командой. Если предположить, что каждая ступень конвейера тратит единицу времени на свою работу, то выполнение команды на конвейере длиной в n ступеней займёт n единиц времени, однако в самом оптимистичном случае результат выполнения каждой следующей команды будет получаться через каждую единицу времени.
Суперскалярная обработка
Способность выполнения нескольких машинных инструкций за один такт процессора. Появление этой технологии привело к существенному увеличению производительности.
5. Цикл процессора (выборка команды ). Последовательность выборки команды