Лекция Принципы работы ВТ

Принципы работы вычислительной техники

Термин вычислительная техника появился в начале 70-х гг. в связи с созданием но-

вых технологий обработки данных для ЭВМ третьего поколения.

В основу этой технологии легла идея параллельных вычислений и коллективного ис-

пользования вычислительных ресурсов.

В результате появились новые режимы работы ЭВМ: многопользовательский, много- задачный,  многопроцессорный и сетевой. ЭВМ и программное обеспечение, поддержи- вающее коллективное использование вычислительных ресурсов, стали называть вычис- лительной системой.

Вычислительная система - это совокупность одного или нескольких компьютеров,

программного обеспечения и периферийного оборудования.

Вычислительные  системы,  используемые  для  информационного  обслуживания  и управления, называются информационно-вычислительными системами.

Автоматизированные  системы  предполагают  участие  в  процессе  обработки  ин- формации и человека, и технических средств, причем главная роль в выполнении рутин- ных операций обработки данных отводится компьютеру. Именно этот класс систем соот- ветствует современному представлению понятия «информационная система».

ЭВМ имеет процессор, основную память и внешние устройства.

В одной ЭВМ может использоваться от единиц до нескольких сотен внешних уст- ройств разных типов. Состав устройств ввода-вывода, как правило, переменный и опре- деляется составом задач, решаемых на конкретной ЭВМ.

Производительность и эффективность использования ЭВМ определяется не только составом и характеристиками ее устройств, но также и способом организации их совме- стной работы. Связь между устройствами ЭВМ осуществляется с помощью сопряжений, которые в вычислительной технике называются интерфейсами.

Интерфейс представляет  собой  совокупность  стандартизированных  аппаратных  и программных средств, обеспечивающих обмен информацией между устройствами. В ос- нове построения интерфейса  лежат унификация и стандартизация (использование еди- ных способов кодирования данных, форматов  данных, стандартизация соединительных элементов – разъемов и т.д. Наличие стандартных интерфейсов позволяет унифициро- вать передачу информации между устройствами независимо от их особенностей.

В ПК, как правило, используется структура с шинным интерфейсом. В этом случае все устройства  компьютера обмениваются информацией и управляющими сигналами через шину,  которая  представляет  собой  систему  функционально  объединенных  проводов, обеспечивающих передачу трех потоков данных (рис. 9):

–    непосредственно информации,

–    адресов,

–    управляющих сигналов

Количество проводов в системной шине, предназначенных для передачи непосредст- венно информации, называется разрядностью шины. Разрядность шины определяет чис- ло битов информации, которые могут передаваться по шине одновременно. Количество проводов для передачи адресов, или адресных линий, определяет какой объем ОП может быть адресован.

ЦП                                   ОП                                  ПП

СИСТЕМНАЯ ШИНА

К                                       К                                      К

ПУ                                    ПУ                                   ПУ

Рис. 9. Шинная структура ПК: ЦП – центральный процес- сор; ОП – оперативная память; ПП – постоянная память; К – контроллер; ПУ – периферийное устройство

Все существующие типы ЭВМ выпускаются семействами, в которых различают стар- шие и младшие модели. Всегда имеется возможность замены более слабой модели на более мощную. Это обеспечивается информационной, аппаратурной и программной со- вместимостью. Программная совместимость в семействах устанавливается по принципу

снизу-вверх, т.е. программы, разработанные для ранних и младших моделей, могут обра-

батываться и на старших, но не обязательно наоборот.

Модульность структуры ЭВМ требует стандартизации и унификации оборудования, номенклатуры технических и программных средств, средств сопряжения - интерфейсов, конструктивных решений,  унификации типовых элементов замены, элементной базы и нормативно-технической документации. Все  это способствует улучшению технических и эксплуатационных характеристик ЭВМ, росту технологичности их производства.

Детализацией архитектурного и структурного построения ЭВМ занимаются различные категории специалистов вычислительной техники:

–    инженеры-схемотехники  проектируют  отдельные  технические  устройства  и разрабатывают методы их сопряжения друг с другом;

–    системные программисты создают программы управления техническими сред- ствами,  информационного взаимодействия между уровнями, организации вы- числительного процесса;

–    программисты-прикладники разрабатывают пакеты программ более высокого уровня, которые обеспечивают взаимодействие пользователей с ЭВМ и необ- ходимый сервис при решении ими своих задач.

Пользователя ЭВМ интересуют обычно более общие вопросы, касающиеся его взаи- модействия с ЭВМ (человеко-машинного интерфейса), начиная со следующих групп характеристик ЭВМ, определяющих ее структуру:

–    технические и эксплуатационные характеристики ЭВМ (быстродействие и про- изводительность,  показатели  надежности,  достоверности,  точности,  емкость оперативной и внешней памяти, габаритные размеры, стоимость технических и программных средств, особенности эксплуатации и др.);

–    характеристики и состав функциональных модулей базовой конфигурации ЭВМ;

–    возможность расширения состава технических и программных средств;

–    возможность изменения структуры;

–    состав ПО ЭВМ и сервисных услуг (ОС или среда, пакеты прикладных программ, средства автоматизации программирования).