Автор: Пользователь скрыл имя, 27 Декабря 2010 в 21:13, реферат
Процессоры бывают: сигнальные, коммуникационные, общего назначения, специализированные
Машинный такт – интервал времени, в течении которого выполняется одна микрокоманда.
1 Обобщенная структура центрального процессора 4
2 Центральное Устройство Управления 5
3 Основные характеристики и классификация устройств управления 6
4 Арифметико-Логическое Устройство (АЛУ) 7
5 Назначение и классификация АЛУ 8
5.1 Структура АЛУ для сложения и вычитания чисел с фиксированной запятой 10
5.2 Структура АЛУ для умножения чисел с фиксированной запятой (сумматор частичных произведений) 12
5.3 Умножение, начиная с младших разрядов множителя со сдвигом суммы частичных произведений вправо и при неподвижном множимом 13
5.4 Умножение, начиная с младших разрядов множителя при сдвиге множимого влево и неподвижной сумме частичных произведений 14
5.5 Умножение, начиная со старших разрядов множителя при сдвиге суммы частичных произведений влево и неподвижном множимом 15
5.6 Умножение, начиная со старших разрядов множителя при сдвиге вправо множимого и неподвижной сумме частичных произведений 15
5.7 Методы ускорения умножения. Умножения на 2 разряда множителя 16
5.8 Деление дробных чисел 18
5.9 Деление целых положительных чисел 18
6 Классификация аппаратных средств многопроцессорных вычислительных комплексов (МПВК) по Ф.Г. Энслоу 19
6.1 МПВК с общей шиной 19
6.2 МПВК с перекрестной коммутацией 20
6.3 МПВК с многовходовыми ОЗУ 20
6.4 Ассоциативные вычислительные системы 21
6.5 Матричные вычислительные системы 22
6.6 Принципы векторной обработки 23
6.7 Факторы, снижающие производительность векторных ЭВМ. Возможность векторной обработки программ 24
6.8 Препятствия для векторизации 25
7 Использование параллельных вычислительных систем. Закон Амдала 25
8 Конвейерная и суперскалярная обработка 26
9 Принципы управления внешними устройствами. Понятие интерфейса ввода-вывода 27
9.1 Типы интерфейсов 28
10 Управление обменом данными 28
11 Понятие подхода открытых систем. Свойства открытых систем 29
11.1 Профили стандартов открытых систем 29
12 Архитектура открытых систем 30
12.1 Преимущества идеологии открытых систем 31
12.2 Открытые системы и объектно-ориентированный подход 32
13 Вычислительные системы. Назначение. Принципы построения. Признаки структурной и функциональной организации 33
13.1 Классификация архитектур вычислительных систем. Классификация Флинна 34
13.2 Классификация Шора 35
13.3 Способы доступа к модулям памяти параллельных компьютеров 39
13.4 Современное состояние параллельных вычислительных технологий 39
14 MPP-архитектура 41
15 SMP-архитектура 42
16 PVP-архитектура 42
17 Кластерные системы 42
18 MBC-архитектура 44
19 NUMA-архитектура 45
Заключение: 46
Список литературы: 47
Massive Parallel Processing (Массивно-параллельные системы). Архитектура: состоит из однородных вычислительных узлов, у каждого – своя локальная память, каждый узел включает один или несколько ЦП, в большинстве случаев – RISC. Прямой доступ к памяти других узлов невозможен.
Узел:
Можно выделить специальные узлы ввода-вывода, управляющие узлы. Масштабируемость – до нескольких тысяч. Полноценная ОС работает только на управляющей системе (машине) – front end, а на других – урезанный вариант её же.
Модель программирования. MPP имеют более скоростные и более специализированные каналы связи между вычислительными узлами. В MPP фиксирован достаточно высокий уровень интерфейса прикладных программ. Характерное требование к системе: малая задержка, возможность совмещения передачи с вычислением, базирование на стандартах, поддержка различных топологий.
Особенности:
1)
Сложность отдельных
Symmetrical Multiprocessing. Архитектура: несколько однородных процессоров и массив общей памяти. Масштабируемость – не более 32-х процессоров. Наличие общей памяти упрощает взаимодействие между собой. Для построения масштабируемых систем на базе SMP используются кластерные или номо-архитектуры. ОС – вся система работает под управлением одной ОС (обычно Unix-подобной).
Parallel Vector Processing. (SIMD). Присутствуют конвейерные процессы. Команды однотипной обработки. Работает в рамках МП объединенных посредством коммутатора. Векторизация циклов, распараллеливание.
Архитектура
– набор персональных компьютеров.
Для связи – стандартная
Особенности:
1)
Компоновка кластерных систем
из компонентов высокой
2)
Построение на основе
3)
Согласованность наборов
4)
Общая для всех модулей
5)
Общий алгоритм обнаружения
6) Общий алгоритм реконфигурации системы при обнаружении ошибки
Коммутатор – мультиплексор. Область использования – мини- и микро- ЭВМ с непосредственными связями. По характеру использования элементов и узлов: а) блочные б) многофункциональные АЛУ.
Блочное
– операции над числами с фиксированной
и плавающей запятой (двоичными)
и над десятичными числами
выполняются в отдельных
Многофункциональное – одни и те же элементы коммутируются в зависимости от требуемого режима работы.
Функциональная схема АЛУ:
Регистры разделены на части, которые могут объединяться. Конфигурация определяется типом операции.
Суть многофункционального АЛУ – для всех форм представления числовой информации операции выполняются одними и теми же схемами, но которые конфигурируются в зависимости от режима работы. Эти части объединяются элементами И в той конфигурации, которая определена видом выполняемой операции. Пример – выполнение операции над числами с фиксированной запятой. Сумматор – на две части, в первой мантисса, во 2ой – над порядками. И1 – разделяет. Применяется в машинах малой и средней производительности, позволяет сэкономить аппаратные средства.
Рис. 15 АЛУ блочного типа
АЛУ блочного типа (рис.15) – высокопроизводительные ЭВМ – могут параллельно выполнять операции над информацией.
Обобщенная схема АЛУ(рис.16):
Рис.
16 Общая схема АЛУ
ГрРг – группа регистров – прием и размещение операндов
ОпЧАЛУ – Операционная часть АЛУ – преобразование операндов согласно заложенного в машине алгоритма
Сх.К – схема контроля
Сх.УП – формирование управляющих сигналов (УСов). Координация взаимодействия всех блоков АЛУ между собой, а также с другими блоками ЦП. Замечания: 1) ГрРг как правило связана с ОЗУ и м.б. ПЗУ, а также м.б. связана с регистрами общего назначения ЦП. 2) Количество регистров в блоке и их разрядность широко варьируется.
По
способу организации работы –
асинхронные и синхронные. В асинхронных
АЛУ ожидается фактическое
Многопроцессорная вычислительная машина с массивно-параллельной архитектурой. Принципы построения: 1) По модульному принципу. 2) Структурная единица – вычислительный модуль из стандартных промышленных компонент. 3) Состав вычислительного модуля – вычислительный процессор и коммуникационный процессор. Взаимодействуют через разделяемую память.
4)
Каждый модуль имеет
5) Количество модулей – от 10 до 1000
Применение – большой спектр задач и большой параллельный сервер БД.
Non-Uniform Memory Access. Состав: однородные базовые модули, небольшое число процессоров и блок памяти. Модули объединяются между собой с помощью коммуникационной сети. Поддерживает единое адресное пространство. Аппаратно поддерживает доступ к удаленной памяти. Масштабируемость: Ограничена объемом адресного пространства, возможностями аппаратуры, возможностями ОС по управлению процессорами. Максимум – 256 процессоров. Обычно под управлением единой ОС.[8]
Очень трудно охватить все, что касается ЭВМ в одном реферате, описать все их возможности и типы. Ведь день ото дня технологии не стоят на месте, они развиваются, а вместе с ними развиваемся и мы. Появляются новые технологии, совершенствуются старые. Сравнительно небольшие габаритные размеры, простота конструкции, проблемно-ориентированный язык программирования обеспечивают ЭВМ высокую экономическую эффективность и широкое использование во всех сферах человеческой деятельности. Невозможно представить жизнь современного человека без компьютера. Все исполнения современных машин выполнены на конструктивной единой и технологической базе, что позволяет максимально упростить техническое обслуживание и ремонт ЭВМ. Единство входного языка всех исполнений существенно упрощает и ускоряет подготовку программистов, создание и тиражирование программного обеспечения, которое является наиболее дорогостоящим.