Лекция "Основные характеристики ЭВМ"

тема 1 вопрос 17 Основные характеристики ЭВМ 1 Основные понятия. Электронная вычислительная машина ­ комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач пользователпрограммные средства ЭВТ взаимосвязаны и объединяются в одну структуру.ей. Технические и Структура ­ это совокупность элементов и их связей. Различают структуры технических, программных и аппаратурно­программных средств. Архитектура ЭВМ ­ это многоуровневая иерархия аппаратурно­программных средств, из которых   строится   ЭВМ.   Каждый   из   уровней   допускает   многовариантное   построение   и применение.   Конкретная   реализация   уровней   определяет   особенности   структурного построения ЭВМ. 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   средствами, информационного   взаимодействия   между   уровнями,   организации   вычислительного процесса.   Программисты­прикладники   разрабатывают   пакеты   программ   более   высокого уровня,   которые   обеспечивают   взаимодействие   пользователей   с   ЭВМ   и   необходимый сервис при решении ими своих задач. 2 Основные характеристики ЭВМ Структуру ЭВМ определяет следующая группа характеристик: ∙          технические   и   эксплуатационные   характеристики   ЭВМ   (быстродействие   и производительность,   показатели   надежности,   емкость оперативной   и   внешней   памяти,   габаритные   размеры,   стоимость   технических   и программных средств, особенности эксплуатации т.д.);   достоверности,   точности, ∙          характеристики   и   состав   функциональных   модулей   базовой   конфигурации   ЭВМ; возможность   расширения   состава   технических   и   программных   средств;   возможность изменения структуры; ∙         состав программного обеспечения ЭВМ и сервисных услуг (операционная система или среда, пакеты прикладных программ, средства автоматизации программирования). К основным характеристикам ЭВМ относятся: Быстродействие это число команд, выполняемых ЭВМ за одну секунду. Сравнение   по   быстродействию   различных   типов   ЭВМ,   не   обеспечивает   достоверных оценок. Очень часто вместо характеристики быстродействия используют связанную с ней характеристику производительность. Производительность это объем работ, осуществляемых ЭВМ в единицу времени. Применяются также относительные характеристики производительности. Фирма Intel для оценки   процессоров   предложила   тест,   получивший   название   индекс  iCOMP  (Intel Comparative  Microprocessor  Performance).   При   его   определении   учитываются   четыре главных   аспекта   производительности:   работа   с   целыми   числами,   с   плавающей   запятой, графикой и видео. Данные имеют 16­ и 32­разрядной представление. Каждый из восьми параметров при вычислении участвует со своим весовым коэффициентом, определяемым по усредненному соотношению между этими операциями в реальных задачах. По индексу iCOMP ПМ Pentium 100 имеет значение 810, а Pentium 133­1000. Емкость запоминающих устройств. Емкость памяти измеряется количеством структурных единиц информации, которое может одновременно находится в памяти. Этот показатель позволяет   определить,   какой   набор   программ   и   данных   может   быть   одновременно размещен в памяти.Наименьшей структурной единицей информации является бит­ одна двоичная цифра. Как правило, емкость памяти оценивается в более крупных единицах измерения ­ байтах (байт равен восьми битам). Следующими единицами измерения служат 1 Кбайт = 210 = 1024 байта, 1 Мбайт = 210 Кбайта = 220 байта, 1 Гбайт =210 Мбайта = 220 Кбайта = 230 байта. Емкость оперативной памяти (ОЗУ) и емкость внешней памяти (ВЗУ) характеризуются отдельно. Этот показатель очень важен для определения, какие программные пакеты и их приложения могут одновременно обрабатываться в машине. Надежность  это  способность ЭВМ  при  определенных  условиях  выполнять  требуемые функции в течение заданного периода времени (стандарт ISO (Международная организация стандартов) 2382/14­78). Высокая   надежность   ЭВМ   закладывается   в   процессе   ее   производства.   Применеие сверхбольшие   интегральные   схемы   (СБИС)   резко   сокращают   число   используемых интегральных схем, а значит, и число их соединений друг с другом. Модульный принцип построения позволяет легко проверять и контролировать работу всех устройств, проводить диагностику и устранение неисправностей. Точность это возможность различать почти равные значения (стандарт ISO ­ 2382/2­76). Точность получения результатов обработки в основном определяется разрядностью ЭВМ, а также   используемыми   структурными   единицами   представления   информации   (байтом, словом, двойным словом). Достоверность это свойство информации быть правильно воспринятой. Достоверность   характеризуется   вероятностью   получения   безошибочных   результатов. Заданный уровень достоверности обеспечивается аппаратурно­программными средствами контроля   самой   ЭВМ.   Возможны   методы   контроля   достоверности   путем   решения эталонных   задач   и   повторных   расчетов.   В   особо   ответственных   случаях   проводятся контрольные решения на других ЭВМ и сравнение результатов. Каждая ЭВМ имеет свои технические и эксплуатационные характеристики:  быстродействие, производительность, показатели надежности, достоверности, точности,  емкость оперативной и внешней памяти, габаритные размеры, стоимость технических и  программных средств, особенности эксплуатации и др. Быстродействие ­ одна из важнейших характеристик ЭВМ, которая характеризуется  числом команд, выполняемых ЭВМ за одну секунду. Поскольку в состав команд ЭВМ  включаются операции, различные по длительности выполнения и по вероятности их  использования, то имеет смысл характеризовать его или средним быстродействием ЭВМ,  или предельным (для самых “коротких” операций типа “регистр­регистр”). Современные  вычислительные машины имеют очень высокие характеристики по быстродействию,  измеряемые миллиардами операций в секунду. Производительность ­ объем работ, осуществляемых ЭВМ в единицу времени. Реальное  или эффективное быстродействие, обеспечиваемое ЭВМ, значительно ниже, и оно может  сильно отличаться в зависимости от класса решаемых задач. Сравнение по быстродействию различных типов ЭВМ, резко отличающихся друг от друга своими характеристиками, не  обеспечивает достоверных оценок. Поэтому очень часто вместо характеристики  быстродействия используют связанную с ней характеристику производительности.  Например, можно определять этот параметр числом задач, выполняемых за определенное  время. Однако сравнение по данной характеристике ЭВМ различных типов может вызвать  затруднения. Поскольку оценка производительности различных ЭВМ является важной  практической задачей, были предложены к использованию относительные характеристики  производительности, рассчитываемые на основе тестов: наборов типовых задач по работе с  целыми числами, с плавающей точкой, графикой, видео. Результаты одного из таких тестов приведены на рис. 1.Рис. 1. Сравнение процессоров на основе теста SiSoft Sandra Емкость запоминающих устройств ­ измеряется количеством структурных единиц  информации, которое может одновременно находиться в памяти. Этот показатель  позволяет определить, какой набор программ и данных может быть одновременно  размещен в памяти. Наименьшей структурной единицей информации является бит ­ одна  двоичная цифра. Как правило, емкость памяти оценивается в более крупных единицах  измерения ­ байтах (восемь бит). Следующими единицами измерения служат 1 Кбайт =  1024 байта, 1 Мбайт = 1024 Кбaйтa, и т.д. 1 Мбайт, 1 Гбайт. При этом отдельно  характеризуют емкость собственной памяти процессора (кэш­память), оперативной памяти и емкость внешней памяти. Надежность ­ это способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые  функции в течение заданного периода времени. Высокая надежность ЭВМ закладывается в  процессе ее производства. Переход на новую элементную базу ­ сверхбольшие  интегральные схемы (СБИС) резко сокращает число используемых интегральных схем, а  значит, и число их соединений друг с другом. В современных ЭВМ хорошо продуманы  компоновка компьютера и обеспечение требуемых режимов работы (охлаждение, защита от пыли), модульный принцип построения позволяет легко проверять и контролировать  работу всех устройств, проводить диагностику и устранение неисправностей. Точность ­ возможность различать почти равные значения. Точность получения  результатов обработки в основном определяется разрядностью ЭВМ, а также  используемыми структурными единицами представления информации (байтом, словом (2  байта), двойным словом и т.п.). Во многих применениях ЭВМ не требуется большой  точности, например, при обрабатывании текстов и документов, при управлении  технологическими процессами. В этом случае достаточно использовать 8­и, 16­ разрядные  двоичные коды. При выполнении сложных расчетов требуется использовать более высокую разрядность (32, 64 и даже более). Поэтому все современные ЭВМ имеют возможность  работы с 16­ и 32­ разрядными машинными словами. С помощью средств  программирования языков высокого уровня этот диапазон может быть увеличен в  несколько раз, что позволяет достигать еще большей точности.