Проектирование центральных и периферийных устройств ЭВС

Сентябрь 3, 2022

Главная
Алгебра
Проектирование центральных и периферийных устройств ЭВС

Содержание

2. Классификация ЭВМ настольные ЭВМ (персональные ЭВМ и рабочие станции); портативные (переносные) ЭВМ; серверы; мейнфреймы; супер-ЭВМ.
3. Классификация вычислительных систем
4. Показатели качества функционирования ЭВМ и ВС Качество (quality) - совокупность свойств, определяющих возможность использования ВС по
5. Показатели качества функционирования ЭВМ и ВС Интервальные показатели дают возможность оценить изменение качества во времени за
6. Показатели качества функционирования ЭВМ и ВС показатели эффективности; показатели производительности; показатели надежности и готовности; показатели адаптивности;
7. Эффективность ЭВМ и ВС Эффективность ЭВМ или ВС (System Efficiency) — это качество системы, характеризующее ее
8. Производительность ЭВМ и ВС Производительность (быстродействие, performance) - одна из важнейших характеристик системы. Однако, до настоящего
9. Пиковая производительность Пиковая (техническая) производительность - теоретический максимум быстродействия компьютера при идеальных условиях. Идеальные условия обеспечиваются
10. Реальная производительность Реальная (эффективная, номинальная) производительность – быстродействие показываемое при выполнении реальных прикладных программ может существенно
11. Время ответа ЭВМ и ВС Время ответа (Time of answer) — это длительность промежутка времени от
12. Показатели надежности и готовности ЭВМ и ВС Надежность (reliability) - свойство системы выполнять заданные функции, не
13. Методы повышения надежности ЭВМ и ВС Производственные методы, определяют пути повышения надежности в процессе создания элементов
14. Методы повышения надежности ЭВМ и ВС Схемно-конструкторские методы повышения надежности используются инженерами-разработчиками на стадии проектирования ЭВМ
15. Методы повышения надежности ЭВМ и ВС Эксплуатационные методы обеспечивают повышение надежности за счет организации технического обслуживания
16. Адаптивность и экономичность ЭВМ и ВС Адаптивность системы - способность ВС к самоорганизации. Масштабируемость - возможность
17. Архитектура ЭВМ и ВС Архитектура ЭВМ — абстрактное представление ЭВМ, которое отражает ее структурную, схемотехническую и
18. Классификация архитектур ЭВМ и ВС (по Флинну) SISD - архитектура с одинарным потоком команд и одинарным
19. Архитектура фон Неймана Принцип двоичного кодирования; Принцип адресуемости памяти; Принцип однородности памяти; Принцип последовательного программного управления;
20. Архитектура фон Неймана
21. Архитектура фон Неймана Принципы фон Неймана выражаются следующими правилами построения ЭВМ: 1) ЭВМ состоит из трех
22. Постнеймановская архитектура
23. Архитектура с общей шиной (магистральная)
24. Архитектура IBM PC
25. Конвейерная обработка данных
26. Структура центрального процессора
27. Арифметико-логическое устройство
28. Микропрограммное представление
29. Микропрограммное представление Командой называют записанную в некотором алфавите совокупность всех сведений, необходимых для выполнения некоторых операции
30. Функции устройства управления 1) Формирование адреса команды, подлежащей выполнению; 2) Выборку очередной команды из памяти и
32. Скачать презентацию

Слайд 2

Классификация ЭВМ
настольные ЭВМ (персональные ЭВМ и рабочие станции);
портативные (переносные) ЭВМ;
серверы;
мейнфреймы;
супер-ЭВМ.

Слайд 3

Классификация вычислительных систем

Слайд 4

Показатели качества функционирования ЭВМ и ВС
Качество (quality) - совокупность свойств, определяющих

возможность использования ВС по назначению. Качество ВС определяется ее техническими, эксплуатационными, экономическими и эргономическими характеристиками.
Показатель качества — это вектор, компонентами которого служат показатели свойств, являющиеся частными показателями качества.

Слайд 5

Показатели качества функционирования ЭВМ и ВС
Интервальные показатели дают возможность оценить изменение

качества во времени за определенный его промежуток;
интегральные — позволяют оценить качество в среднем при функционировании ВС в течение длительного времени;
точечные — характеризуют качество в данный момент времени.

Слайд 6

Показатели качества функционирования ЭВМ и ВС
показатели эффективности;
показатели производительности;
показатели надежности и готовности;
показатели

адаптивности;
показатели экономичности

Слайд 7

Эффективность ЭВМ и ВС
Эффективность ЭВМ или ВС (System Efficiency) — это

качество системы, характеризующее ее техническое совершенство, экономическую целесообразность отражающее степень ее соответствия своему назначению.

Слайд 8

Производительность ЭВМ и ВС
Производительность (быстродействие, performance) - одна из важнейших характеристик

системы. Однако, до настоящего времени вопрос о том, что ж такое производительность или быстродействие системы, остается открытым. Это связано с тем, что даже на оценку производительности одной ЭВМ влияют слишком много факторов. Среди таких факторов можно отметить следующие:
тип задач;
число тех или иных операций, выполняемых при решении задачи;
стиль программирования и другие особенности программы;
логические возможности системы команд;
структура процессора;
характеристики и организация оперативной (ОП) и внешней памяти (ВП);
особенности системы ввода-вывода;

Слайд 9

Пиковая производительность
Пиковая (техническая) производительность - теоретический максимум быстродействия компьютера при идеальных

условиях. Идеальные условия обеспечиваются при:
1) подаче на вход процессоров ВС независимых друг от друга идеальных программ, каждая из которых состоит из бесконечной последовательности не связанных между собой и не конфликтующих при доступе в память команд;
2) задействовании в процессе выполнения идеальной программы всех арифметико-логических устройств (АЛУ) всех процессоров, входящих в состав ВС.

Слайд 10

Реальная производительность
Реальная (эффективная, номинальная) производительность – быстродействие показываемое при выполнении реальных

прикладных программ может существенно отличаться от пиковой. Реальная производительность зависит от архитектуры ЭВМ и ВС, от программы, обрабатываемых данных. При оценке производительности на тестах приходится решать три проблемы, связанные с анализом результатов контрольного тестирования производительности:
проблема достоверности оценок;
проблема адекватности оценок;
проблема интерпретации.
Различают следующие группы тестов:
1) тесты производителей;
2) стандартные тесты;
3) тесты пользователей.

Слайд 11

Время ответа ЭВМ и ВС
Время ответа (Time of answer) — это

длительность промежутка времени от момента поступления задания в систему до момента окончания его выполнения. Время ответа слагается из двух составляющих: времени выполнения задачи и времени ожидания.
Время выполнения задачи при отсутствии параллельных процессов равно суммарной длительности всех этапов процесса — ввода, обращения к внешней памяти, процессорной обработки и вывода. Время выполнения задачи зависит от сложности вычислений и быстродействия устройств системы.
Время ожидания — сумма промежутков времени, в течение которых задача находилась в состоянии ожидания требуемых ресурсов. Ожидание возникает при мультипрограммной обработке, когда ресурс, необходимый задаче, занят другой задачей и первая задача не выполняется, ожидая освобождения ресурса. Время ожидания зависит главным образом от режима обработки задач и интенсивности входного потока заданий.

Слайд 12

Показатели надежности и готовности ЭВМ и ВС
Надежность (reliability) - свойство системы

выполнять заданные функции, не изменяя во времени значения установленных эксплуатационных параметров, в заданных пределах, соответствующих определенным режимам и условиям эксплуатации, включающим условия использования, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.
Готовность системы (readiness) - способность технического устройства быть готовым к действию в любой момент времени. В свою очередь, готовность ЭВМ и ВС складывается из следующих составляющих:
доступность (availability)- это свойство системы находиться в состоянии готовности к работе;
безотказность (reliability) – это свойство системы работать без отказов в течение продолжительного времени;
безопасность (safety) – это свойство определяет, насколько критична ситуация временной неспособности системы должным образом выполнять заданные функции;
ремонтопригодность (maintainability, repairs) - способность ВС к восстановлению в процессе эксплуатации.

Слайд 13

Методы повышения надежности ЭВМ и ВС
Производственные методы, определяют пути повышения надежности

в процессе создания элементов ЭВМ и ВС.
1) получение однородной продукции;
2) стабилизацию технологии;
3) анализ дефектов и механизмов отказов;
4) исключение известных видов отказов;
5) разработку методов испытаний. Определение зависимостей показателей надежности от интенсивности внешних воздействий;
6) проведение ускоренных испытаний и тренировки изделий;
7) повышение культуры производства;
8) контроль качества изделий на всех участках технологического процесса.

Слайд 14

Методы повышения надежности ЭВМ и ВС
Схемно-конструкторские методы повышения надежности используются инженерами-разработчиками

на стадии проектирования ЭВМ и ВС.
1) выбор подходящих уровней нагрузки;
2) унификацию элементов и узлов. Входной контроль элементов и узлов;
3) разработку схем с широкими допусками на отклонение параметров эле-ментов;
4) резервирование;
5) контроль работы оборудования и введение избыточности по времени;
6) использование корректирующих кодов.

Слайд 15

Методы повышения надежности ЭВМ и ВС
Эксплуатационные методы обеспечивают повышение надежности за

счет организации технического обслуживания ЭВМ и ВС.
1) сбор информации по надежности ЭВМ и ВС;
2) коррекцию рабочих режимов ЭВМ и ВС;
3) проведение профилактических мероприятий;
4) обучение обслуживающего персонала.

Слайд 16

Адаптивность и экономичность ЭВМ и ВС
Адаптивность системы - способность ВС к

самоорганизации.
Масштабируемость - возможность наращивания числа и мощности процессоров, объемов оперативной и внешней памяти и других ресурсов вычислительной системы.
Экономичность ЭВМ или ВС оценивается затратами на разработку и эксплуатацию: в стоимость системы входит стоимость как технических средств, так и программного обеспечения. Стоимость технических средств является установившейся категорией. При оценке стоимости ПО нужно различать стоимость разработки и стоимость сопровождения. На стоимость разработки ПО влияют следующие группы факторов: 1) факторы, связанные с формулированием задачи проектирования; 2) факторы, связанные с организацией проектирования; 3) факторы, определяемые влиянием окружающей среды.

Слайд 17

Архитектура ЭВМ и ВС
Архитектура ЭВМ — абстрактное представление ЭВМ, которое отражает

ее структурную, схемотехническую и логическую организацию. Понятие «архитектура ЭВМ» является комплексным и включает в себя целый ряд элементов, основные из них следующие:
1) структурная схема ЭВМ;
2) средства и способы доступа к элементам структурной схемы, включая обмен с внешней средой;
3) организация и разрядность интерфейсов в ЭВМ;
4) набор и доступность регистров;
5) организация и способы адресации памяти;
6) способы представления и форматы данных ЭВМ;
7) набор машинных команд;
8) форматы машинных команд;
9) обработка нештатных ситуаций (прерывания, особые ситуации, ловушки);
10) топология связи отдельных устройств и модулей.

Слайд 18

Классификация архитектур ЭВМ и ВС (по Флинну)
SISD - архитектура с одинарным

потоком команд и одинарным потоком данных.
SIMD - архитектура ЭВМ с одинарным потоком команд и множественным потоком данных. Процессор таких машин имеет матричную структуру, в узлах которой включенное большое количество сравнительно простых быстродействующих процессорных элементов.
MISD - архитектура с множественным потоком команд и одинарным потоком данных, которая получила также название конвейера обработки данных.
MIMD - архитектура с множественными потоками команд и данных. К таким структурам относятся многопроцессорные и многомашинные вычислительные системы.

Слайд 19

Архитектура фон Неймана
Принцип двоичного кодирования;
Принцип адресуемости памяти;
Принцип однородности памяти;
Принцип последовательного программного

управления;
Принцип жесткости архитектуры.

Слайд 20

Архитектура фон Неймана

Слайд 21

Архитектура фон Неймана
Принципы фон Неймана выражаются следующими правилами построения ЭВМ:
1) ЭВМ

состоит из трех основных компонент: процессор, память и устройства ввода-вывода (УВВ).
2) Информация, которую обрабатывает ЭВМ, делится на два типа: команды и данные.
3) И команды, и данные вводятся и хранятся в памяти ОЗУ.
4) Устройство управления (УУ) читает команды из ОЗУ и выполняет их, а арифметико-логическое устройство (АЛУ) проводит арифметические и логические операции с данными.
5) С процессором и ОЗУ связаны устройства ввода-вывода (УВВ).

Слайд 22

Постнеймановская архитектура

Слайд 23

Архитектура с общей шиной (магистральная)

Слайд 24

Архитектура IBM PC

Слайд 25

Конвейерная обработка данных

Слайд 26

Структура центрального процессора

Слайд 27

Арифметико-логическое устройство

Слайд 28

Микропрограммное представление

Слайд 29

Микропрограммное представление
Командой называют записанную в некотором алфавите совокупность всех сведений, необходимых

для выполнения некоторых операции в машине;
Структура команды - перечень сведений (элементов команды), необходимых для выполнения операций;
Формат команды - распределение отдельных элементов команды по символам слова, изображающего команду;
Система команд ЭВМ - совокупность всех выполняемых машиной команд, отличающихся друг от друга операционной частью и/или форматом адресной части;
Микрооперация (МО) - элементарный акт преобразования или передачи информации, выполняемый, как правило, за один машинный такт;
Микрокоманда (МК) - набор сведений, необходимых для выполнения одной или нескольких микроопераций, реализуемых в течение одного машинного цикла;
Микропрограмма (МП) - последовательность микрокоманд или микроопераций, необходимых для выполнения одной машинной операции.

Слайд 30

Функции устройства управления
1) Формирование адреса команды, подлежащей выполнению;
2) Выборку очередной команды

из памяти и хранение команды или ее части во время выполнения задаваемых командой операций;
3) Определение типа команды и/или операции и формирование соответствующего цикла выполнения команды;
4) Формирование адресов операндов;
5) Извлечение операндов из памяти и отсылку их в АЛУ;
6) Запуск АЛУ на выполнение операции (при наличии отдельного блока управления АЛУ) или формирование управляющих сигналов, для управления выполнением операций в АЛУ (при отсутствии отдельного блока управления АЛУ);
7) Формирование адреса результата и запись его в память.

Проектирование центральных и периферийных устройств ЭВС

Содержание

Классификация ЭВМнастольные ЭВМ (персональные ЭВМ и рабочие станции);портативные (переносные) ЭВМ;серверы;мейнфреймы;супер-ЭВМ.

Классификация вычислительных систем

Показатели качества функционирования ЭВМ и ВСКачество (quality) - совокупность свойств, определяющих

Показатели качества функционирования ЭВМ и ВСИнтервальные показатели дают возможность оценить изменение

Показатели качества функционирования ЭВМ и ВСпоказатели эффективности;показатели производительности;показатели надежности и готовности;показатели

Эффективность ЭВМ и ВСЭффективность ЭВМ или ВС (System Efficiency) — это

Производительность ЭВМ и ВСПроизводительность (быстродействие, performance) - одна из важнейших характеристик

Пиковая производительностьПиковая (техническая) производительность - теоретический максимум быстродействия компьютера при идеальных

Реальная производительностьРеальная (эффективная, номинальная) производительность – быстродействие показываемое при выполнении реальных

Время ответа ЭВМ и ВСВремя ответа (Time of answer) — это

Показатели надежности и готовности ЭВМ и ВСНадежность (reliability) - свойство системы

Методы повышения надежности ЭВМ и ВСПроизводственные методы, определяют пути повышения надежности

Методы повышения надежности ЭВМ и ВССхемно-конструкторские методы повышения надежности используются инженерами-разработчиками

Методы повышения надежности ЭВМ и ВСЭксплуатационные методы обеспечивают повышение надежности за

Адаптивность и экономичность ЭВМ и ВСАдаптивность системы - способность ВС к

Архитектура ЭВМ и ВСАрхитектура ЭВМ — абстрактное представление ЭВМ, которое отражает

Классификация архитектур ЭВМ и ВС (по Флинну)SISD - архитектура с одинарным

Архитектура фон НейманаПринцип двоичного кодирования;Принцип адресуемости памяти;Принцип однородности памяти;Принцип последовательного программного