Информационная модель ЭВМ

ЭВМ можно представить как совокупность узлов, объединенных каналом связи. Узлы соединяют в себе функции хранения и преобразования информации. По каналам свя-зи информация передается от узла к узлу. Будем говорить о потоках информации в каналах связи. Некоторые узлы могут иметь специальную функцию вво- Рис. 17

да информации в систему и вывода из нее. Показанная на рис. 17 модель не имеет ограничений на связи между отдельными узлами (У₁ … У_N). Реали-зовать такую схему весьма сложно. Реально существующие системы имеют ряд ограничений на связи и четкое функциональное назначение отдельных узлов.

Функции отдельного узла могут зависеть от его состояния. Состояние узла описывается значениями его внутренних полей (регистров), может определяться процессом его функционирования или задаваться извне. Состояние узла будем называть его режимом. Физически режим может определяться значением регистра узла. Тогда установить режим узла означает присвоить регистру определенное значение.

По каналам связи узлы могут обмениваться информацией значащей (сообщениями) либо управляющей. Под сообщением будем понимать последовательности двоичных цифр, сохраняемые или обрабатываемые уз-лом. Управляющая информация определяет режимы узлов и каналов связи.

Информационная модель позволяет определить основные характеристики ЭВМ.

1. Узлы хранения имеют:

вместимость – максимальную, среднюю или минимальную;

скорость выборки;

разрядность выборки.

2. Преобразующие узлы имеют скорость преобразования.

3. Каналы определяются:

скоростью передачи информации (пропускная способность);

разрядностью передачи.

Из множества возможных соединений отбираются несколько типовых схем, обеспечивающих простоту, возможность реконфигурации (расширения), надежность, стандартизацию и т.д. Можно отметить следующие схемы:

· с шинной организацией (рис. 18 а);

· специализированные процессоры (каналы) (рис. 18 б);

Рис. 18

· схемы с коммутацией (рис. 18 в);

· с конвейерной организацией (рис. 18 г),

а также архитектуры с распределенными функциями (распределенный интеллект);

Рассмотрим представленные на рис. 18 некоторые частные модели ЭВМ, имеющие широкое распространение.

Шинная организация. В этой схеме все устройства симметрично подсоединяются к одному каналу, называемому общей шиной. Симметрия подключения гарантирует свободное подключение новых устройств, то есть система имеет теоретически неограниченное развитие. Некоторые узлы могут иметь специфические свойства, например процессор, оперативная память, внешние накопители данных. Между ними организуется обмен информацией. Так как потоки информации ограничены возможностями одного канала, эта схема имеет принципиальные ограничения скорости работы.

Канальная организация. В этой схеме операции обмена данными с внешними устройствами организуются через специализированный узел – канал ввода-вывода. Благодаря этому можно организовать обработку информации параллельно с вводом-выводом.

Организация с перекрестной коммутацией. Идея организации таких ЭВМ заключается в том, что все связи между узлами осуществляются с помощью специального устройства – коммутирующей матрицы. Коммутирующая матрица может связывать между собой любую пару узлов, причем таких пар может быть сколько угодно – связи не зависят друг от друга. В такой схеме нет конфликтов из-за связей, есть конфликты только из-за ресурсов. Возможность одновременной связи нескольких пар устройств позволяет достичь очень высокой производительности комплекса.

Конвейерная организация. Здесь обрабатывающее устройство разделяется на последовательно включенные операционные блоки, каждый из которых специализирован на выполнение строго определенной части операции. При этом работа осуществляется следующим образом: когда i-й операционный блок выполняет i-ую часть j-й операции, (i-1)-й операционный блок выполняет (i-1)-ую часть (i+1)-й операции, а (i+1)-й операционный блок выполняет (i+1)-ую часть (j-1)-й операции. В результате образуется своего рода конвейер обработки и за счет этого повышается производительность системы.

Архитектура с распределенными функциямиявляется основной идеей японского проекта ЭВМ пятого поколения. В настоящее время эта идея осталась не реализованной. Суть идеи заключается в том, что обработка информации распределяется по "интеллектуальным" периферийным устройствам. Переход от ЭВМ четвертого поколения к ЭВМ пятого поколения намечалось осуществить не за счет существенного изменения элементной базы (как было ранее), а за счет резкого качественного изменения сложности и интеллектуальности различных компонент ЭВМ.

Лекция 17