Архiтектура обчислювальної системи Класифiкацiя комп ютерiв
Класифiкацiя комп'ютерiв
Сукупнiсть пристроїв, призначених для автоматичної або автоматизованої обробки iнформацiї називають обчислювальною технiкою
.
Конкретний набiр, пов'язаних мiж собою пристроїв, називають обчислювальною системою
.
Центральним пристроєм
бiльшостi обчислювальних систем є електронна обчислювальна машина (ЕОМ) або комп'ютер.
Архiтектура комп'ютера
- це електронний пристрiй, що виконує операцiї введення iнформацiї, зберiгання та оброблення її за певною програмою, виведення одержаних результатiв у формi, придатнiй для сприйняття людиною. За кожну з названих операцiй вiдповiдають спецiальнi блоки комп'ютера:
· центральний процесор,
· запам'ятовуючий пристрiй,
· пристрiй виведення.
Всi цi блоки складаються з окремих дрiбнiших пристроїв. Зокрема в центральний процесор можуть входити арифметико-логiчний пристрiй (АЛП), внутрiшнiй запам'ятовуючий пристрiй у виглядi регiстрiв процесора та внутрiшньої кеш-пам'ятi, керуючий пристрiй (КП). Пристрiй введення, як правило, теж не є однiєю конструктивною одиницею. Оскiльки види iнформацiї, що вводиться, рiзноманiтнi, джерел може бути декiлька. Це стосується i пристрою виведення.
Запам'ятовуючий пристрiй - це блок ЕОМ, призначений для тимчасового (оперативна пам'ять) та тривалого (постiйна пам'ять) зберiгання програм, вхiдних i результуючих даних та деяких промiжних результатiв. Інформацiя в оперативнiй пам'ятi зберiгається тимчасово лише при включеному живленнi, але оперативна пам'ять має бiльшу швидкодiю. В постiйнiй пам'ятi данi можуть зберiгатися навiть при вимкненому комп'ютерi, проте швидкiсть обмiну даними мiж постiйною пам'яттю та центральним процесором, у переважнiй бiльшостi випадкiв, значно менша.
- це блок ЕОМ, в якому вiдбувається перетворення даних за командами програми: арифметичнi дiї над числами, перетворення кодiв та iн.
Керуючий пристрiй оперативної пам'ятi передаються в АЛП. АЛП настроюється на виконання дiї, вказаної поточною командою (в цiй дiї можуть брати участь також пристрої введення-виведення); дається команда на виконання цiєї дiї.
Цей процес буде продовжуватися доти, доки не виникне одна з наступних ситуацiй: вичерпано вхiднi данi, з одного з пристроїв надiйшла команда на припинення роботи, вимкнено живлення комп'ютера.
Описаний принцип побудови ЕОМ носить назву архiтектури фон Неймана
Сучасну архiтектуру комп'ютера
визначають також такi принципи:
· Принцип програмного керування
. Забезпечує автоматизацiю процесу обчислень на ЕОМ. Згiдно з цим принципом, запропонованим англiйським математиком Ч. Беббiджем у 1833 р., для розв'язання кожної задачi складається програма, що визначає послiдовнiсть дiй комп'ютера. Ефективнiсть програмного керування є високою тодi, коли задача розв'язується за тiєю самою програмою багато разiв (хоч i за рiзних початкових даних).
· Принцип програми, що зберiгається в пам'ятi
. Згiдно з цим принципом, сформульованим Дж. фон Нейманом, команди програми подаються, як i данi, у виглядi чисел й обробляються так само, як i числа, а сама програма перед виконання завантажується в оперативну пам'ять. Це прискорює процес її виконання.
· Принцип довiльного доступу до пам'ятi дiлянки пам'ятi) без перегляду попереднiх.
На пiдставi цих приницiв можна стверджувати, що сучасний комп'ютер - технiчний пристрiй, який пiсля введення в пам'ять початкових даних у виглядi цифрових кодiв i програми їх обробки, вираженої також цифровими кодами, здатний автоматично здiйснити обчислювальний процес, заданий програмою, i видати готовi результати розв'язання задачi у формi придатнiй для сприйняття людиною.
Реальна структура комп'ютера значно складнiша, нiж розглянута вище (її можна назвати логiчної структурою). У сучасних комп'ютерах, зокрема персональних, все частiше здiйснюється вiдхiд вiд традицiйної архiтектури фон Неймана, зумовлений прагненням розробникiв та користувачiв до пiдвищення якостi та продуктивностi комп'ютерiв. Якiсть ЕОМ
характеризується багатьма показниками. Це i набiр команд, якi комп'ютер здатний розумiти, i швидкiсть роботи (швидкодiя) центрального процесора, кiлькiсть периферiйних пристроїв введення-виведення, якi можна приєднати до комп'ютера одночасно i т. д. Головним показником є швидкодiя
- кiлькiсть операцiй, яку процесор здатний виконати за одиницю часу. На практицi корситувача бiльше цiкавить продуктивнiсть комп'ютера - показник його ефективної швидкодiї, тобто здатностi не просто швидко функцiонувати, а швидко розв'язувати конкретнi поставленi задачi.
пристроїв, пристроїв введення-виведення i т. д. Проте, слiд усвiдомлювати, що швидкiсть роботи елементiв неможливо збiльшувати безмежно (iснують сучаснi технологiчнi обмеження та обмеження, зумовленi фiзичними законами). Тому розробники комп'ютерної технiки шукають вирiшення цiєї проблеми вдосконаленням архiтекутри ЕОМ.
Так, з'явилися комп'ютери з багатопроцесорною архiтектурою розрахункiв i систем автоматизованого проектування (САПР), часто встановлюють два або чотири процесори. У надпотужних ЕОМ (такi машини можуть, наприклад, моделювати ядернi реакцiї в режимi реального часу, передбачати погоду в глобальному масштабi) кiлькiсть процесорiв досягає кiлькох десяткiв.
оперативної пам'ятi
. Тому постiйно ведуться пошуки елементiв для оперативної пам'ятi, якi потребували б якомога менше часу на операцiї читання-запису. Але разом iз швидкодiєю зростає вартiсть елементiв пам'ятi, тому нарощення швидкодiйної оперативної пам'ятi потрiбної ємностi не завжди прийнятна економiчно.
Проблема вирiшується побудовою багаторiвневої пам'ятi.
Оперативна пам'ять складається процесор звертається найчастiше мiстяться в кеш-пам'ятi, а бiльший обсяг оперативної iнформацiї зберiгається в основнiй пам'ятi.
Ранiше роботою пристроїв введення-виведення керував центральний процесор, що займало в нього чимало часу. Архiтектура сучасних комп'ютерiв передбачає наявнiсть каналiв прямого доступу до оперативної пам'ятi для обмiну даними з пристроями введення-виведення без участi центрального процесора, а також передачу бiльшостi функцiй керування периферiйними пристроями спецiалiзованим процесорам, що розвантажує центральний процесор i пiдвищує його продуктивнiсть.
Методи класифiкацiї комп'ютерiв.
Номенклатура видiв комп'ютерiв на сьогоднi величезна: машини розрiзняються за призначенням, потужнiстю, розмiрами, елементною базою i т. д. Тому класифiкують ЕОМ за рiзними ознаками. Слiд зауважити, що будь-яка класифiкацiя є певною мiрою умовна, оскiльки розвиток комп'ютерної науки i технiки настiльки стрiмкий, що, наприклад, сьогоднiшня мiкро-ЕОМ не поступається за потужнiстю мiнi-ЕОМ п'ятирiчної давностi i навiть суперкомп'ютерам вiддаленiшого минулого. Крiм того, зарахування комп'ютерiв до певного класу досить умовне як через нечiткiсть розмежування груп, так i в наслiдок впровадження в практику замовного складання комп'юерiв, коли номенклатуру вузлiв i конкретнi моделi їх адаптують до вимог замовника. Розглянемо найбiльш поширенi критерiї класифiкацiї комп'ютерiв.
Класифiкацiя за призначенням
· великi електронно-обчислювальнi машини (ЕОМ);
· мiнi ЕОМ;
Великi ЕОМ
(Main Frame)
Застосовують для обслуговування великих галузей народного господарства.
Вони характеризуються 64-розрядними паралельно працюючими процесорами (кiлькiсть яких досягає до 100), iнтегральною швидкодiєю до десяткiв мiльярдiв операцiй за секунду, багатокористувацьким режимом роботи.
Домiнуюче положення у випуску комп'ютерiв такого класу займає фiрма IBM (США).
На базi великих ЕОМ створюють обчислювальний центр, що мiстить декiлька вiддiлiв або груп. Штат обслуговування - десятки людей.
Центральний процесор
Група системного програмування програмно-апаратний iнтерфейс обчислювальної системи.
Група прикладного програмування
- займається створенням програм для виконання конкретних дiй з даними, тобто забезпечення користувацького iнтерфейсу обчислювальної системи.
Група пiдготовки даних
- займається пiдготовкою даних, якi будуть опрацьованi на прикладних програмах, створених прикладними програмiстами.
Зокрема, це набiр тексту, сканування зображень, заповнення баз даних.
Група технiчного забезпечення
- займається технiчним обслуговуванням всiєї обчислювальної системи, ремонтом та налагодженням апаратури, пiд'єднанням нових пристроїв.
Група iнформацiйного забезпечення
- забезпечує технiчною iнформацiєю всi пiдроздiли обчислювального центру, створює i зберiгає архiви розроблених програм (бiблiотеки програм) та накопичених даних (банки даних).
Вiддiл видачi даних
- отримує данi вiд центрального процесора i перетворює їх у форму, зручну для замовника (роздрук).
Великим ЕОМ притаманна висока вартiсть обладнання та обслуговування, тому робота органiзована у неперервний цикл.
Мiнi ЕОМ
Подiбна до великих ЕОМ, але менших розмiрiв. Використовують у великих пiдприємствах, наукових закладах i установах. Часто використовують для керування виробничими процесами. Характеризуються мультипроцесорною архiтектурою, пiдключенням до 200 термiналiв, дисковими запам'ятовуючими пристроями, що нарощуються до сотень гiгабайт, розгалуженою периферiєю.
Для органiзацiї роботи з мiнiЕОМ, потрiбен обчислювальний центр, але менший нiж для великих ЕОМ.
МiкроЕОМ
Доступнi багатьом установам. Для обслуговування достатньо обчислювальної лабораторiї у складi декiлькох чоловiк, з наявнiстю прикладних програмiстiв. Необхiднi системнi програми купуються разом з мiкроЕОМ, розробку прикладних програм замовляють у великих обчислювальних центрах або спецiалiзованих органiзацiях.
Персональнi комп'ютери
Інтернету популярнiсть зросла значно вище, оскiльки за допомогою персонального комп'ютера можна користуватись науковою, довiдковою, учбовою та розважальною iнформацiєю.
Персональнi комп'ютери умовно можна подiлити на професiйнi та побутовi
, але в зв'язку iз здешевленням апаратної частини, межi мiж нами розмиваються. З 1999 року задiяний мiжнародний сертифiкацiйний стандарт - специфiкацiя РС99:
· масовий персональний комп'ютер (Consumer PC)
· дiловий персональний комп'ютер (Office PC)
· портативний персональний комп'ютер (Mobile PC)
· робоча станцiя (WorkStation)
· розважальний персональний комп'ютер (Entertaiment PC)
Бiльшiсть персональних комп'ютерiв на ринку пiдпадають до категорiї масових ПК. Дiловi ПК - мають мiнiмум засобiв вiдтворення графiки та звуку. Портативнi ПК вiдрiзняються наявнiстю засобiв з'єднання вiддаленого доступу (комп'ютерний зв'язок). Робочi станцiї - збiльшенi вимоги до пристроїв збереження даних. Розважальнi ПК - основний акцент до засобiв вiдтворення графiки та звуку.
Класифiкацiя по рiвню спецiалiзацiї
· унiверсальнi;
· спецiалiзованi.
На базi унiверсальних ПК можна створити будь-яку конфiгурацiю для роботи з графiкою, текстом, музикою, вiдео тощо. Спецiалiзованi ПК створенi для рiшення конкретних задач, зокрема, бортовi комп'ютери у лiтаках та автомобiлях. Спецiалiзованi мiнiЕОМ для роботи з графiкою (кiно- вiдеофiльми, реклама) називаються графiчними станцiями. Спецiалiзованi комп'ютери, що об'єднують комп'ютери у єдину мережу, називаються файловими серверами. Комп'ютери, що забезпечують передачу iнформацiї через Інтернет,
називаються мережними серверами.
Класифiкацiя за розмiром
· настiльнi (desktop);
записниками, дозволяють зберiгати оперативнi данi i отримувати швидкий
доступ.
Класифiкацiя за сумiснiстю
Існує безлiч видiв i типiв комп'ютерiв, що збираються з деталей, якi виготовленi рiзними виробниками. Важливим є сумiснiсть забезпечення комп'ютера:
· апаратна сумiснiсть (платформа IBM PC та Apple Macintosh)
· сумiснiсть на рiвнi операцiйної системи;
· сумiснiсть на рiвнi даних.
| 
