Файл: Состав и свойства вычислительных систем. Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем (Базовые понятия вычислительных машин и систем).pdf

Кэш использует небольшую, очень быструю память, которая хранит копии часто используемых данных из основной памяти. Если большая часть запросов в память будет обрабатываться кэшем, средняя задержка обращения к памяти будет приближаться к задержкам работы кэша.

Когда процессору нужно обратиться в память для чтения или записи данных, он сначала проверяет, доступна ли их копия в кэше. В случае успеха проверки процессор производит операцию, используя кэш, что значительно быстрее использования более медленной основной памяти.

Большинство современных микропроцессоров для компьютеров и серверов имеют как минимум три независимых кэша: кэш инструкций для ускорения загрузки машинного кода; кэш данных для ускорения чтения и записи данных и буфер ассоциативной трансляции (TLB) для ускорения трансляции виртуальных (логических) адресов в физические как для инструкций, так и для данных.

Кэш центрального процессора разделен на несколько уровней. Максимальное количество кэшей – четыре. В универсальном процессоре в настоящее время число уровней может достигать трех. Кэшпамять уровня N+1, как правило, больше по размеру и медленнее по скорости доступа и передаче данных, чем кэш-память уровня N.

3. Оперативная память (англ. Random Access Memory, RAM, память с произвольным доступом; ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой во время работы компьютера хранится выполняемый машинный код (программы), а также входные, выходные и промежуточные данные, обрабатываемые процессором.

Обмен данными между процессором и оперативной памятью производится:

– непосредственно (рисунок 2);

– через сверхбыструю память нулевого уровня – регистры в АЛУ либо при наличии аппаратного кэша процессора – через кэш.

Рисунок 2. Простейшая схема взаимодействия оперативной памяти с микропроцессором.^[19]

Содержащиеся в современной полупроводниковой оперативной памяти данные доступны и сохраняются только тогда, когда на модули памяти подается напряжение. Выключение питания оперативной памяти, даже кратковременное, приводит к искажению либо полному разрушению хранимой информации.

В общем случае ОЗУ содержит программы и данные операционной системы, запущенные прикладные программы пользователя и данные этих программ, поэтому от объема оперативной памяти зависит количество задач, которые одновременно может выполнять компьютер под управлением операционной системы.

ОЗУ может изготавливаться как отдельный внешний модуль или располагаться на одном кристалле с процессором, например в однокристальных ЭВМ или однокристальных микроконтроллерах.

4. Память долговременного хранения (внешняя память) — это запоминающие устройства, предназначенные для продолжительного (что не зависит от электропитания) хранения больших объемов информации.

Долговременное хранение в дорогой сверхоперативной и даже оперативной памяти, как правило, невыгодно, поэтому данные такого рода хранятся на накопителях: дисковых, флэш и т.д. Наиболее известные запоминающие устройства долговременного хранения: жесткие диски (винчестеры), СD-диски, устройства флэш-памяти.

Для резервного хранения данных создаются библиотеки на съемных носителях, например виртуальная ленточная библиотека или дисковый массив. Емкость съемных носителей большая, но доступ к этим данным занимает значительное время.

Получение преимуществ от иерархии памяти требует совместных действий от программиста, аппаратуры и компиляторов (а также базовой поддержки в операционной системе):

• программисты отвечают за организацию передачи данных между дисками и памятью (ОЗУ), используя для этого файловый ввод/ вывод; современные ОС также реализуют это как подкачку страниц;

• аппаратное обеспечение отвечает за организацию передачи данных между памятью и кэшами;

• оптимизирующие компиляторы отвечают за генерацию кода, при исполнении которого аппаратура эффективно использует регистры и кэш процессора.^[20]

Заключение

В заключение сформулируем краткие выводы по курсовой работе.

Итак, вычислительная система (ВС) – это некоторое объединение аппаратных средств, средств управления аппаратурой (физическими ресурсами), средств управления логическими ресурсами, системы программирования и прикладное программное обеспечение.

Основой цифровых вычислительных систем являются логические цифровые схемы, основанные на элементах, принимающих два возможных фиксированных значения – «0» и «1». Информация в таких схемах представлена в виде импульсных электрических сигналов, имеющих амплитуду выше некоторого уровня (логический ноль) или ниже определенного уровня (логическая единица). При построении цифровой ВС реализован принцип программного управления. Суть этого принципа в следующем: цифровая схема построена таким образом, что может решать некоторый определенный набор простых задач или выполнять определенные действия (команды); комбинируя эти действия в соответствии с заданным алгоритмом решения сложной задачи (программа), можно получить решение для очень широкого круга задач.

Таким образом, цифровая ВС состоит из аппаратных и программных средств, которые выступают как неразрывное единство.

К аппаратным средствам относятся электронные схемы, из которых построена система, и схемы, обеспечивающие их работоспособность.

К программным средствам относятся последовательности команд, реализующие решение задач и функции по обработке информации.

Наряду с аппаратным и программным обеспечением средств вычислительной техники в некоторых случаях целесообразно рассматривать информационное обеспечение, под которым понимают совокупность программ и предварительно подготовленных данных, необходимых для работы данных программ.

Цель, поставленная в начале написания курсовой работы, достигнута, задачи решены.

Список использованных источников

1. Амблер С. Гибкие технологии: экстремальное программирование и унифицированный процесс разработки / С. Амблер. - М.: СПб: Питер, 2016.
2. Бадд Т. Объектно-ориентированное программирование в действии / пер. с англ. СПб.: Питер, 2017.
3. Брауде Э.Дж. Технология разработки программного обеспечения. СПб. : Питер, 2018.
4. Вендров А.М. Проектирование программного обеспечения экономических информационных систем: учебник. М.: Финансы и статистика, 2016.
5. Гагарина Д.Г., Кокорева Е.В., Виснадул БД. Технология разработки программного обеспечения. – М.: ИНФРА-М, 2018.
6. Гамма Э., Хелм Р., Джонсон Р., Влиссидес Дж. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования. СПб.: Питер, 2017.
7. Иванова Г.С., Ничушкина Т.Н., Пугачев Е.К. Объектно-ориентированное программирование. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018.
8. Камаев В. А. Технологии программирования / В.А. Камаев, В.В. Костерин. - М.: Высшая школа, 2015.
9. Карпов Ю. Г. Теория и технология программирования. Основы построения трансляторов / Ю.Г. Карпов. - М.: БХВ-Петербург, 2015.
10. Лупин С. А. Технологии параллельного программирования / С.А. Лупин, М.А. Посыпкин. - М.: Форум, Инфра-М, 2015.
11. Макконнелл С. Профессиональная разработка программного обеспечения / пер. с англ. – СПб.: Символ-Плюс, 2016.
12. Хорев П. Б. Технологии объектно-ориентированного программирования. Учебное пособие / П.Б. Хорев. - М.: Academia, 2017.

1. Брауде Э.Дж. Технология разработки программного обеспечения. СПб. : Питер, 2018. ↑

2. Камаев В. А. Технологии программирования / В.А. Камаев, В.В. Костерин. - М.: Высшая школа, 2015. ↑

3. Гагарина Д.Г., Кокорева Е.В., Виснадул БД. Технология разработки программного обеспечения. – М.: ИНФРА-М, 2018. ↑

4. Камаев В. А. Технологии программирования / В.А. Камаев, В.В. Костерин. - М.: Высшая школа, 2015. ↑

5. Гагарина Д.Г., Кокорева Е.В., Виснадул Б.Д. Технология разработки программного обеспечения. – М.: ИНФРА-М, 2018. ↑

6. Брауде Э.Дж. Технология разработки программного обеспечения. СПб. : Питер, 2018. ↑

7. Камаев В. А. Технологии программирования / В.А. Камаев, В.В. Костерин. - М.: Высшая школа, 2015. ↑

8. Драйвер (англ. driver) – компьютерная программа, с помощью которой другие программы (операционная система) получают доступ к аппаратному обеспечению некоторого устройства. ↑

9. Макконнелл С. Профессиональная разработка программного обеспечения / пер. с англ. – СПб.: Символ-Плюс, 2016. ↑

10. Гагарина Д.Г., Кокорева Е.В., Виснадул БД. Технология разработки программного обеспечения. – М.: ИНФРА-М, 2018. ↑

11. Брауде Э.Дж. Технология разработки программного обеспечения. СПб. : Питер, 2018. ↑

12. Макконнелл С. Профессиональная разработка программного обеспечения / пер. с англ. – СПб.: Символ-Плюс, 2016. ↑

13. Камаев В. А. Технологии программирования / В.А. Камаев, В.В. Костерин. - М.: Высшая школа, 2015. ↑

14. Гагарина Д.Г., Кокорева Е.В., Виснадул БД. Технология разработки программного обеспечения. – М.: ИНФРА-М, 2018. ↑

15. Макконнелл С. Профессиональная разработка программного обеспечения / пер. с англ. – СПб.: Символ-Плюс, 2016. ↑

16. Камаев В. А. Технологии программирования / В.А. Камаев, В.В. Костерин. - М.: Высшая школа, 2015. ↑

17. Брауде Э.Дж. Технология разработки программного обеспечения. СПб. : Питер, 2018. ↑

18. Амблер С. Гибкие технологии: экстремальное программирование и унифицированный процесс разработки / С. Амблер. - М.: СПб: Питер, 2016. ↑

19. Макконнелл С. Профессиональная разработка программного обеспечения / пер. с англ. – СПб.: Символ-Плюс, 2016. ↑

20. Камаев В. А. Технологии программирования / В.А. Камаев, В.В. Костерин. - М.: Высшая школа, 2015. ↑