Принцип двоичного кодирования фон неймана кратко

Обновлено: 08.07.2024

· Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов (двоичных цифр, битов) и разделяется на единицы, называемые словами.

· Принцип однородности памяти

· Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

· Принцип адресуемости памяти

· Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к хранящимся в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.

· Принцип последовательного программного управления

· Предполагает, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

· Принцип жесткости архитектуры

· Неизменяемость в процессе работы топологии, архитектуры, списка команд.

· Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу фон-неймановских.

· Самым главным следствием этих принципов можно назвать то, что теперь программа уже не была постоянной частью машины (как например, у калькулятора). Программу стало возможно легко изменить. А вот аппаратура, конечно же, остается неизменной, и очень простой.

· Для сравнения, программа компьютера ENIAC (где не было хранимой в памяти программы) определялась специальными перемычками на панели. Чтобы перепрограммировать машину (установить перемычки по-другому) мог потребоваться далеко не один день. И хотя программы для современных компьютеров могут писаться годы, однако они работают на миллионах компьютеров после несколько минутной установки на жесткий диск.

· Машина фон Неймана состоит из запоминающего устройства (памяти) - ЗУ, арифметико-логического устройства - АЛУ, устройства управления – УУ, а также устройств ввода и вывода.

· Программы и данные вводятся в память из устройства ввода через арифметико-логическое устройство. Все команды программы записываются в соседние ячейки памяти, а данные для обработки могут содержаться в произвольных ячейках. У любой программы последняя команда должна быть командой завершения работы.

· Арифметико-логическое устройство выполняет указанные командами операции над указанными данными.

· Из арифметико-логического устройства результаты выводятся в память или устройство вывода. Принципиальное различие между ЗУ и устройством вывода заключается в том, что в ЗУ данные хранятся в виде, удобном для обработки компьютером, а на устройства вывода (принтер, монитор и др.) поступают так, как удобно человеку.

· В результате выполнения любой команды счетчик команд изменяется на единицу и, следовательно, указывает на следующую команду программы. Когда требуется выполнить команду, не следующую по порядку за текущей, а отстоящую от данной на какое-то количество адресов, то специальная команда перехода содержит адрес ячейки, куда требуется передать управление.

16)Структура и архитектура вычислительной системы

Система (от греческого systema — целое, составленное из частей соединение) — это совокупность элементов, взаимодействующих друг с другом, образующих определенную целостность, единство.
Вычислительная система — это совокупность одного или нескольких компьютеров или процессоров, программного обеспечения и периферийного оборудования, организованная для совместного выполнения информационно-вычислительных процессов.
Отличительной особенностью ВС по отношению к ЭВМ является наличие в них нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку.
Основные принципы построения, закладываемые при создании ВС:
• возможность работы в разных режимах;
• модульность структуры технических и программных средств, что позволяет совершенствовать и модернизировать вычислительные системы без коренных их переделок;
• унификация и стандартизация технических и программных решений;
• иерархия в организации управления процессами;
• способность систем к адаптации, самонастройке и самоорганизации;
• обеспечение необходимым сервисом пользователей при выполнении вычислений
По назначению ВС делят на
• универсальные,
• проблемно-ориентированные
• специализированные.
Универсальные предназначаются для решения широкого класса задач. Проблемно-ориентированные используются для решения определенного круга задач в сравнительно узкой сфере. Специализированные ориентированы на решение узкого класса задач
По типу ВС различаются на
• многомашинные
• многопроцессорные.
Вычислительная система может строиться на базе либо целых компьютеров (многомашинная ВС), либо на базе отдельных процессоров (многопроцессорная ВС).
По типу ЭВМ или процессоров различают
• однородные – строятся на базе однотипных компьютеров или процессоров.
• неоднородные системы – включает в свой состав различные типы компьютеров или процессоров.
Территориально ВС делятся на:
• сосредоточенные (все компоненты располагаются в непосредственной близости друг от друга);
• распределенные (компоненты могут располагаться на значительном расстоянии, например, вычислительные сети);
По методам управления элементами ВС различают
• централизованные,
• децентрализованные
• со смешанным управлением.

По режиму работы ВС различают системы, работающие в
• оперативном
• неоперативном временных режимах.
Кроме этого, ВС могут быть структурно
• одноуровневыми (имеется лишь один общий уровень обработки данных);
• Многоуровневыми (иерархическими) структурами. В иерархических ВС машины или процессоры распределены по разным уровням обработки информации, некоторые машины (процессоры) могут специализироваться на выполнении определенных функций.
Структура вычислительной системы.
Структура ВС - это совокупность комплексируемых элементов и их связей. В качестве элементов ВС выступают отдельные ЭВМ и процессоры.
В описанной многоуровневой структуре реализуется классическая фон- неймановская организация ВС и предполагает последовательную обработку информации по заранее составленной программе.
Архитектура вычислительных систем. Классификация архитектур вычислительных систем.
Архитектура системы – совокупность свойств системы, существенных для пользования.
Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д.
Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) — одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд — программа. Это однопроцессорный компьютер.
Многомашинная вычислительная система. Здесь несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную). Каждый компьютер в многомашинной системе имеет классическую архитектуру, и такая система применяется достаточно широко.
Самой ранней и наиболее известной является классификация архитектур вычислительных систем, предложенная в 1966 году М.Флинном.

· Классификация базируется на понятии потока, под которым понимается последовательность элементов, команд или данных, обрабатываемая процессором. На основе числа потоков команд и потоков данных Флинн выделяет четыре класса архитектур: SISD,MISD,SIMD,MIMD.
SISD (single instruction stream / single data stream) - одиночный поток команд и одиночный поток данных. К этому классу относятся, прежде всего, классические последовательные машины, или иначе, машины фон-неймановского типа, например, PDP-11 или VAX 11/780. В таких машинах есть только один поток команд, все команды обрабатываются последовательно друг за другом и каждая команда инициирует одну операцию с одним потоком данных. Не имеет значения тот факт, что для увеличения скорости обработки команд и скорости выполнения арифметических операций может применяться конвейерная обработка - как машина CDC 6600 со скалярными функциональными устройствами, так и CDC 7600 с конвейерными попадают в этот класс.
SIMD (single instruction stream / multiple data stream) - одиночный поток команд и множественный поток данных. В архитектурах подобного рода сохраняется один поток команд, включающий, в отличие от предыдущего класса, векторные команды. Это позволяет выполнять одну арифметическую операцию сразу над многими данными - элементами вектора. Способ выполнения векторных операций не оговаривается, поэтому обработка элементов вектора может производится либо процессорной матрицей, как в ILLIAC IV, либо с помощью конвейера, как, например, в машине CRAY-1.
MISD (multiple instruction stream / single data stream) - множественный поток команд и одиночный поток данных. Определение подразумевает наличие в архитектуре многих процессоров, обрабатывающих один и тот же поток данных. Однако ни Флинн, ни другие специалисты в области архитектуры компьютеров до сих пор не смогли представить убедительный пример реально существующей вычислительной системы, построенной на данном принципе. Ряд исследователей относят конвейерные машины к данному

· Принцип двоичного кодирования

· Принцип однородности памяти

· Принцип адресуемости памяти

· Принцип последовательного программного управления

· Принцип жесткости архитектуры

· Неизменяемость в процессе работы топологии, архитектуры, списка команд.

· Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу фон-неймановских.

· Арифметико-логическое устройство выполняет указанные командами операции над указанными данными.

Каждая научная или техническая сфера имеет под собой определённые фундаментальные идеи и положения, которые предопределяют в течение многих лет её содержание или вектор развития. В компьютерных науках огромный вклад внесли принципы, которые были сформированы независимо друг от друга двумя известными учёными 20-го века: Джоном фон Нейманом и Сергеем Алексеевичем Лебедевым.

Принцип — это главное, исходное положение какой-нибудь теории, учения, науки и прочего.

Принципы Неймана-Лебедева — это стандартные принципы формирования ЭВМ, которые были сформированы в середине 20-го века, не потерявшие свою актуальность и в современности.

Джон фон Нейман — это американский учёный, который сделал огромный вклад в развитие множества математических и физических сфер. В 1946-м году в процессе анализа преимуществ и недостатков ЭНИАКа, он вместе со своими коллегами сформулировал идею нового типа организации ЭВМ.

Смысл положений

Опишем значение главных принципов Неймана-Лебедева:

Состав стандартных элементов вычислительной машины;
Принцип двоичного кодирования;
Принцип однородности памяти;
Принцип адресности памяти;
Принцип иерархической структуры памяти;
Принцип программного управления.

Состав базовых элементов вычислительной техники

Всякое устройство, которое может осуществлять автоматические расчёты, должно иметь конкретную совокупность элементов: блок обработки сведений, блок управления, блок памяти и блоки ввода-вывода сведений.

Функциональная схема такого компьютера, которая отображает программное управление работой и взаимодействие его главных узлов, описана на рисунке.

Его информационный центр — это процессор. Посредством него проходят все потоки сведений, изображённые с помощью тонких стрелок. Также он управляет всеми процедурами, которые изображаются жирными стрелками.

Подобные блоки имеют и современные компьютеры. Среди них:

Процессор, который состоит из арифметико-логического устройства (АЛУ), исполняющего обработку информации, и устройства управления (УУ), организовывающего исполнение программы и согласованную взаимосвязь между всеми узлами компьютера;
Память, которая предназначена для хранения исходной информации, промежуточных коэффициентов и собственно программы обработки данных. Выделяют внутреннюю и внешнюю память.

Большая часть внутренней памяти расходуется на временное сохранение программ и сведений при процедуре обработки. Подобный вид памяти называют оперативным запоминающим устройством (ОЗУ). Другой тип внутренней памяти — это постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), которое содержит в себе программу первоначальной загрузки компьютера.

Внешняя или долговременная память используется для продолжительного хранения программ и сведений в моменты между сеансами обработки:

Устройства ввода, которые преобразуют входные данные в формат, считываемый компьютером;
Устройства вывода, которые преобразуют результаты работы компьютера в формат, доступный для чтения человеком.

Помимо всего прочего, существуют особые различия в архитектуре между современными компьютерами и компьютерами первых поколей.

Принцип двоичного кодирования данных

Все сведения, которые предназначены для компьютерной обработки, такие как числа, тексты, аудиозаписи, графика и видеозаписи, в том числе и программы для её обработки, описываются в формате двоичного кода — последовательностей нулей и единиц.

Однако, применение стандартной двоичной системы счисления имеет определённые недостатки. Во-первых, в такой ситуации возникает проблема представления отрицательных чисел и нулевой избыточности. Решения этих проблем были найдены уже на стадии возникновения компьютерной техники.

В результате благодаря двоичному кодированию, информация и программы становятся схожими по формату представления, потому доступными для хранения в единой памяти.

Принцип однородности памяти

В одной и той же памяти не различают команды программ и хранимую информацию. Распознавание команд возможно лишь по методу использования. Такое высказывание — это принцип однородности памяти.

Команды и информация, которая описывается в памяти, не различаются, поэтому одно и то же значение в ячейке памяти может использоваться и в качестве команд, и в качестве сведений. Всё зависит исключительно от метода обращения к ячейке. Следовательно, если обращаться к двоичной последовательности как к числу, то в ней выделяют поле знака и поле значащих разрядов. Если же обращение происходит как к команде, тогда осуществляется выделение поля кода операции и поля адресов операндов.

Благодаря однородности памяти операции осуществляются не только над информацией, но и над командами. Например, если взять в качестве сведений для определённой программы команды другой, тогда в результате её функционирования можно получить команды третьей программы. На такой возможности основывается трансляция — перевод кода программы с языка высокого уровня на язык определённой вычислительной машины.

В структурном смысле оперативная память компьютера содержит в себе отдельные биты — однородные составляющие, имеющие два устойчивых состояния: соответствующее нулю или единице. Для того осуществления процесса записи или считывания, группы соседних битов соединяются и образуют ячейки памяти, имеющие индивидуальные номера (адреса).

Принцип адресности памяти

Команды и сведения размещены в единой памяти, которая состоит из ячеек, имеющих собственные номера (адреса). В этом смысл принципа адресности памяти.

Стоит обратить внимания, что сведения считываются из ячеек и заносятся в них в произвольном порядке, таким образом процессор в любой момент времени имеет доступ ко всякой ячейке памяти. Память с такой организацией называется памятью с произвольным доступом.

Компьютеры разных поколений имели разную разрядность ячеек памяти, то есть, число битов в ячейке. Современные компьютеры основываются на восьмибитной ячейке. Подобная ячейка используется для работы с единственным символом. Для того чтобы хранить числа, используют несколько последовательных ячеек.

Современные компьютеры способны одновременно извлекать из памяти и обрабатывать до 64 разрядов, то есть, до восьми байтовых ячеек. Это происходит благодаря организации принципа параллельной обработки данных — одновременного или параллельного исполнения более одного действия.

Принцип иерархической организации памяти

Выделяют два требования, которые предъявляются к компьютерной памяти:

Объём памяти должен быть максимально большим;
Время доступа к памяти должно быть наименьшим.

Однако, практически невозможно спроектировать запоминающее устройство, которое будет удовлетворять всем перечисленным условиям. Сложно искать необходимые данные в памяти большого объёма, поэтому их чтение происходит медленнее. Для того чтобы ускорить этот процесс, необходимо использовать усложнённые решения, в результате чего повышается стоимость оборудования компьютера. Чтобы решить эту проблему, потребуется использовать несколько разных взаимосвязанных типов памяти. На этом основывается принцип иерархической организации памяти.

Современные компьютеры прибегают к устройствам памяти различных уровней, которые отличаются характерными особенностями: временем доступа, сложностью, объёмом и ценой. Также наиболее высокий уровень памяти занимает меньший объём, имеет более высокую скорость и цену в пересчёте на байт, чем более низкий уровень. Иерархические уровни связаны между собой: вся информация на одном уровне находится и на более низких уровнях.

Большая часть алгоритмов работает за счёт обращения в каждый период времени к небольшой совокупности сведений, которая способна перемещаться в более быструю, но дорогую, а оттого небольшую память. Применение быстрой памяти улучшает производительность вычислительного комплекса.

Принцип программного управления

Характерная особенность компьютеров от всего прочего технического оборудования — это программное управление их функционированием.

Принцип программного управления формирует конкретную упорядоченность автоматического исполнения программы.

Расчёты, которые предусматривает алгоритм нахождения решения задачи, представляются в виде программы, составленной из набора команд. В качестве команд выступают закодированные управляющие слова, где описывается:

Какое действие следует выполнить;
С помощью каких ячеек высчитываются операнды — сведения, использующиеся для процедуры;
Куда заносится результат процедуры.

Команды, которые входят в программу, автоматически используются процессором в конкретном порядке. Вместе с тем отрабатывается конкретный пошаговый алгоритм:

Чтение команды из памяти и её дешифровка;
Составления адреса конкретной команды;
Исполнение команды.

Подобный алгоритм повторяется перед наступлением команды, которая означает конец исполнения программы, выполняющей поиск решения определённой задачи. Современные компьютеры после завершения работы программы отдают управление операционной системе.

Принципы

Принцип двоичного кодирования

Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов (двоичных цифр, битов) и разделяется на единицы, называемые словами.

Принцип однородности памяти

Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Принцип адресуемости памяти

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к хранящимся в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.

Принцип последовательного программного управления

Предполагает, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

Принцип жесткости архитектуры

Неизменяемость в процессе работы топологии, архитектуры, списка команд.

Понятие информационных систем, систем обработки данных, вычислительных систем.

Информационная система включает базы данных, СУБД и специализированные прикладные программы. ИС рассматривают как программно-аппаратную систему, предназначенную для автоматизации целенаправленной деятельности конечных пользователей, обеспечивающую, в соответствии с заложенной в нее логикой обработки, возможность получения, модификации и хранения информации.

Системы обработки данных - комплекс методов и средств сбора и обработки данных, необходимых для организации управления объектам. Функции С. о. д. — сбор, хранение, поиск, обработка необходимых для выполнения этих расчётов данных с наименьшими затратами.

Вычислительная система - это рассматриваемый как единое целое комплекс, предназначенный решать определенные задачи, в котором задействованы центральный процессор, память и различные внешние устройства.

Функционирование ЭВМ. Процесс и поток.

1.Функционирование ЭВМ. Процесс и поток.

Функционирование ЭВМ с шинной организацией. Шинная организация является простейшей формой организации ЭВМ. В соответствии с приведенными выше принципами фон Неймана подобная ЭВМ имеет в своем составе следующие функциональные блоки: центральный процессор (ЦП) - функциональная часть ЭВМ, выполняющая основные операции по обработке данных и управлению работой других блоков. Центральный процессор состоит из следующих взаимосвязанных составных элементов: арифметико-логического устройства, устройства управления и регистров. Память - устройство, предназначенное для запоминания, хранения и выборки программ и данных. Память состоит из конечного числа ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный номер или адрес. Доступ к ячейке осуществляется указанием ее адреса. Оперативная память (ОП) - функциональный блок, хранящий информацию для устройств управления (команды) и арифметико-логического устройства (данные). Задачи, решаемые с помощью ЭВМ, требуют хранения в памяти различного количества информации, зависящего от сложности реализуемого алгоритма, количества исходных данных и т.п. Система шин. Объединение функциональных блоков в ЭВМ осуществляется посредством следующей системы шин: шины данных, по которой осуществляется обмен информацией между блоками ЭВМ; шины адреса, используемой для передачи адресов (номеров ячеек памяти или портов ввода-вывода, к которым производится обращение); и шины управления для передачи управляющих сигналов. Совокупность этих трех шин называют системной шиной, системной магистралью или системным интерфейсом.

Процессы и потоки

До сих пор концепцию процесса можно было охарактеризовать двумя параметрами.

• Владение ресурсами (resource ownership). Процесс включает виртуальное адресное пространство, в котором содержится образ процесса, и время от времени может владеть такими ресурсами, как основная память, каналы и устройства ввода-вывода, или файлы, или же получать контроль над ними. Операционная система выполняет защитные функции, предотвращая нежелательные взаимодействия процессов на почве владения ресурсами.

• Планирование/выполнение (scheduling/execution). Выполнение процесса осуществляется путем выполнения кода одной или нескольких программ; при этом выполнение процесса может чередоваться с выполнением других процессов. Таким образом, процесс имеет такие параметры, как состояние (выполняющийся процесс, готовый к выполнению процесс и т.д.) и текущий приоритет, в соответствии с которым операционная система осуществляет его планирование и диспетчеризацию.

В большинстве операционных систем эти две характеристики являются сущностью процесса. Но они являются независимыми, и операционная система может рассматривать их отдельно друг от друга. В некоторых операционных системах (в особенности в недавно разработанных) так и происходит. Чтобы различать две приведенные выше характеристики, единицу диспетчеризации обычно называют потоком (thread) или облегченным процессом (lightweight process), а единицу владения ресурсами — процессом (process) или заданием (task).

Кэширование памяти

Кэш-память представляет собой статическое ОЗУ, обладающее значительно более высоким быстродействием, нежели динамическое. Фактически, кэш-память предназначена для согласования (компенсации) скорости работы сравнительно медленных устройств с относительно быстрым центральным процессором, т.е. она играет роль быстродействующего буфера между процессором и относительно медленной динамической памятью.При попытке доступа к данным процессор сначала обращается к внутренней кэш-памяти, если их там нет, то ко внешней, лишь затем к основной динамической памяти.Когда процессор первый раз обращается к ячейке памяти, ее содержимое параллельно копируется в кэш, и в случае повторного обращения может быть с гораздо большей скоростью выбрано из кэша.

Архитектура кэш-памяти

Кэш центрального процессора разделён на несколько уровней. В универсальном процессоре в настоящее время число уровней может достигать 3. Кэш-память уровня N+1 как правило больше по размеру и медленнее по скорости доступа и передаче данных, чем кэш-память уровня N.

Самой быстрой памятью является кэш первого уровня — L1-cache. По сути, она является неотъемлемой частью процессора, поскольку расположена на одном с ним кристалле и входит в состав функциональных блоков. В современных процессорах обычно кэш L1 разделен на два кэша, кэш команд (инструкций) и кэш данных.

Вторым по быстродействию является L2-cache — кэш второго уровня, обычно он расположен на кристалле, как и L1. В старых процессорах — набор микросхем на системной плате. Объём L2 кэша от 128 Кбайт до 1?12 Мбайт. В современных многоядерных процессорах кэш второго уровня, находясь на том же кристалле, является памятью раздельного пользования — при общем объёме кэша в nM Мбайт на каждое ядро приходится по nM/nC Мбайта, где nC количество ядер процессора. Обычно латентность L2 кэша, расположенного на кристалле ядра, составляет от 8 до 20 тактов ядра.

Кэш третьего уровня наименее быстродействующий, но он может быть очень внушительного размера — более 24 Мбайт. L3 кэш медленнее предыдущих кэшей, но всё равно значительно быстрее, чем оперативная память. В многопроцессорных системах находится в общем пользовании и предназначен для синхронизации данных различных L2.

Режимы работы процессоров

Процессоры персональных компьютеров могут работать в трех режимах: реальном, защищенном и виртуальном режимах.

Первоначально персональные компьютеры фирмы IBM могли адресовать только 1 Мбайт оперативной памяти.Когда процессор работает в реальном режиме, он может обращаться к памяти только в пределах 1 Мбайт (как и процессор Intel 8086), и не может использовать 32-разрядные и 64-разрядные операции. Процессор попадает в реальный режим сразу же после запуска. В реальном режиме работают операционные системы DOS и стандартные DOS-приложения.

Это более мощный режим работы процессора по сравнению с реальным режимом. Он используется в современных многозадачных операционных системах. Защищенный режим имеет много преимуществ:

- В защищенном режиме доступна вся системная память (не существует предела 1 Мбайт).

- В защищенном режиме операционная система может организовать одновременное выполнение нескольких задач (многозадачность).

- В защищенном режиме поддерживается виртуальная память — операционная система при необходимости может использовать жесткий диск в качестве расширения оперативной памяти.

- В защищенном режиме осуществляется быстрый (32/64-разрядный) доступ к памяти и поддерживается работа 32-х разрядных операций ввода-вывода.

Защищенный режим используют графические многозадачные операционные системы, такие как Windows. Иногда возникает необходимость выполнения DOS-программ в среде операционной системы Windows. Но DOS-программы работают в реальном режиме, а не в защищенном. Для решения этой проблемы был разработан виртуальный режим или режим виртуального процессора 8086. Этот режим эмулирует (имитирует) реальный режим, необходимый для работы DOS-программ, внутри защищенного режима. Операционные системы защищенного режима (такие как Windows) могут создавать несколько машин виртуального режима — при этом каждая из них будет работать так, как будто она одна использует все ресурсы персонального компьютера. Каждая виртуальная машина получает в свое распоряжение 1 Мбайтное адресное пространство, образ реальных программ BIOS и т.п. Виртуальный режим используется при работе в DOS-окне или при запуске DOS-игр в операционной системе Windows 98/Ме. При запуске на компьютере DOS-приложения операционная система Windows создает виртуальную DOS-машину, в которой выполняется это приложение.

RAID-массивы

RAID (англ. redundant array of independent disks — избыточный массив независимых жёстких дисков) — массив из нескольких дисков, управляемых контроллером, взаимосвязанных скоростными каналами и воспринимаемых внешней системой как единое целое. В зависимости от типа используемого массива может обеспечивать различные степени отказоустойчивости и быстродействия. Служит для повышения надёжности хранения данных и/или для повышения скорости чтения/записи информации (RAID 0).

(+): За счёт этого существенно повышается производительность (от количества дисков зависит кратность увеличения производительности).

(-): Надёжность RAID 0 заведомо ниже надёжности любого из дисков в отдельности и падает с увеличением количества входящих в RAID 0 дисков, т. к. отказ любого из дисков приводит к неработоспособности всего массива.

(+): Обеспечивает приемлемую скорость записи и выигрыш по скорости чтения при распараллеливании запросов.

(+): Имеет высокую надёжность — работает до тех пор, пока функционирует хотя бы один диск в массиве. Вероятность выхода из строя сразу двух дисков равна произведению вероятностей отказа каждого диска. На практике при выходе из строя одного из дисков следует срочно принимать меры — вновь восстанавливать избыточность. Для этого с любым уровнем RAID (кроме нулевого) рекомендуют использовать диски горячего резерва. Достоинство такого подхода — поддержание постоянной доступности.

(-): Недостаток заключается в том, что приходится выплачивать стоимость двух жёстких дисков, получая полезный объём одного жёсткого диска (классический случай, когда массив состоит из двух дисков).

SSD-накопитель

Твердотельный накопитель (англ. SSD, solid-state drive) — компьютерное запоминающее устройство на основе микросхем памяти. Кроме них, SSD содержит управляющий контроллер. Не содержит движущихся механических частей,

Различают два вида твердотельных накопителей: SSD на основе памяти, подобной оперативной памяти компьютеров, и SSD на основе флеш-памяти.

Отсутствие движущихся частей;

Высокая скорость чтения/записи, нередко превосходящая пропускную способность интерфейса жесткого диска (SAS/SATA II 3 Gb/s, SAS/SATA III 6 Gb/s, SCSI, Fibre Channel и т. д.);

Полное отсутствие шума из-за отсутствия движущихся частей и охлаждающих вентиляторов;

Высокая механическая стойкость;

Широкий диапазон рабочих температур;

Стабильность времени считывания файлов вне зависимости от их расположения или фрагментации;

Малые габариты и вес;

Большой модернизационный потенциал, как у самих накопителей, так и у технологий их производства.

Намного меньшая чувствительность к внешним электромагнитным полям.

Видеосистема

видеокарта - устройство, преобразующее графический образ, хранящийся, как содержимое памяти компьютера или самого адаптера, в форму, пригодную для дальнейшего вывода на экран монитора. Первые мониторы, построенные на электронно-лучевых трубках, работали по телевизионному принципу сканирования экрана электронным лучом, и для отображения требовался видеосигнал, генерируемый видеокартой. В настоящее время эта функция утратила основное значение, и в первую очередь под графическим адаптером понимают устройство с графическим процессором - графический ускоритель, который и занимается формированием самого графического образа. Современная видеокарта состоит из следующих частей: графический процессор, видеоконтроллер, видеопамять, цифро-аналоговый преобразователь, видео-ПЗУ, система охлаждения.

Архитектура фон Неймана

Принципы

Принцип двоичного кодирования

Принцип однородности памяти

Принцип адресуемости памяти

Принцип однородности памяти

Команды и данные хранятся в одной и той же памяти и внешне в памяти неразличимы. Распознать их можно только по способу использования; то есть одно и то же значение в ячейке памяти может использоваться и как данные, и как команда, и как адрес в зависимости лишь от способа обращения к нему. Это позволяет производить над командами те же операции, что и над числами, и, соответственно, открывает ряд возможностей. Так, циклически изменяя адресную часть команды, можно обеспечить обращение к последовательным элементам массива данных. Такой прием носит название модификации команд и с позиций современного программирования не приветствуется. Более полезным является другое следствие принципа однородности, когда команды одной программы могут быть получены как результат исполнения другой программы. Эта возможность лежит в основе трансляции — перевода текста программы с языка высокого уровня на язык конкретной вычислительной машины.

Принцип адресности

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек, причем процессору в произвольный момент доступна любая ячейка. Двоичные коды команд и данных разделяются на единицы информации, называемые словами, и хранятся в ячейках памяти, а для доступа к ним используются номера соответствующих ячеек — адреса.

Принцип программного управления

Все вычисления, предусмотренные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов — команд. Каждая команда предписывает некоторую операцию из набора операций, реализуемых вычислительной машиной. Команды программы хранятся в последовательных ячейках памяти вычислительной машины и выполняются в естественной последовательности, то есть в порядке их положения в программе. При необходимости, с помощью специальных команд, эта последовательность может быть изменена. Решение об изменении порядка выполнения команд программы принимается либо на основании анализа результатов предшествующих вычислений, либо безусловно.

Принцип двоичного кодирования

Данные и команды кодируются двоичными цифрами 0 и 1. Каждый тип информации представляется двоичной последовательностью и имеет свой формат. Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, называется полем. В числовой информации обычно выделяют поле знака и поле значащих разрядов. В формате команды можно выделить два поля: поле кода операции и поле адресов.

Читайте также: