Tanulságok 25-26
Természetesen tudod, az általános iskola:
• Számítógép (PC) - automatikusan, szoftver-alapú készülék használata az információkat.
• A szerkezet áll egy számítógép memóriájában (adattároló és szoftver), a processzor (adatfeldolgozás), az I / O eszköz (vétel / információk továbbítására).
• 1946-ban Neumann János fogalmazta meg alapelveit számítástechnikai eszközök, az úgynevezett Neumann architektúra.
• modern számítógép egy egység a berendezés (hardver), a szoftverek (szoftver).
Sorozatgyártás az elektronikus számítógépek (számítógépek) megkezdi a különböző országokban az 1950-es. Története számítógépes fejlesztés lehet osztani generáció. Az átmenet egyik generációról a másikra jár a változás az elem alap, amelyre létre gépek változás számítógépes architektúra, a fejlesztés alapvető műszaki jellemzők (számítási sebességet, a memória mérete, stb ..), A változás az alkalmazások és a működési módszerek a gépek.
Kevesebb számítógép architektúra utal, hogy a legtöbb általános elvek épület egy számítógép, a program végrehajtásához vezérlő működése és kölcsönhatása az alapvető funkcionális egységek.
Az alapja az építészet számítógépek különböző generációk elvei Neumann János. Ugyanakkor a fejlesztési folyamatban vannak eltérések a Neumann architektúra.
A egyprocesszoros számítógép-architektúra
Element alapja az első generációs számítógépek (1950 év) volt vákuum csövek, és a számítógépek, a második generáció (1960) jöttek létre alapján a félvezető elemek. Azonban ezek az építészet hasonló volt. Ez leginkább elveivel összhangban Neumann. Az ilyen gépekben egy processzor vezérli az összes eszköznél: a belső és a külső memória, bemeneti és kimeneti eszközök, az ábrán látható. 2.4.
Elveinek megfelelően a Neumann egy végrehajtható program tárolja a belső memória - véletlen hozzáférésű memória (RAM). Vannak továbbá olyan adatokat is, hogy a program működik. Minden parancs program és az egyes érték (adatelem) elfoglal egy bizonyos memória cella, ábrán látható. 2.5.
A processzor végrehajtása megkezdődik az első utasítást, és végül a stop parancs, hívjuk őt STOP. Amikor a következő utasítás processzor beolvassa a memóriából az értéke feldolgozott és tárolja azokat egy speciális belső memória cella processzor - nyilvántartások. Ezután a parancs végrehajtása, például a két szám adunk, majd az eredményt beírjuk egy bizonyos memória cellát. A processzor továbblép a következő parancsot. A program végrehajtása véget ér, amikor a processzor címét a STOP parancs.
Között a csapatok, vannak olyan programok, adatfeldolgozás parancsok és a kezelés csapat külső eszközöket. Adatfeldolgozó utasításokat a processzor végrehajtja a neki szállító ALU - ALU, és ez a folyamat zajlik, viszonylag gyorsan. És a külső eszköz vezérlő parancsokat hajthatnak végre az ilyen eszközök: I / O eszközök, külső memória. A végrehajtás a következő parancsok sokszor nagyobb, mint a run-time adatok feldolgozási utasításokat. Amikor egy egyprocesszoros számítógép-architektúra ábrán látható. 2,4, a processzor, így a csapat egy külső eszköz, megvárja annak végrehajtását. Ha lehet, hogy egy nagy számú hozzáférést külső eszközök, a legtöbb időt a program feldolgozó „idle”, és így annak hatékonysága alacsony. Teljesítményű számítógépek az építészet a tartományban 10-20 ezer művelet másodpercenként (op. / S).
Perifériás processzorok
A következő lépés a számítógépes architektúra volt az elutasítás egyprocesszorosként eszköz. Már a legújabb modellek a második generációs gépek, amellett, hogy egy központi egységet (CPU), elvégzi az adatok feldolgozását, a perifériás processzorok jelen, az úgynevezett I / O csatornát (ábra. 2.6). Feladatuk az volt, önálló kezelését I / O eszközök és a külső memória, amely megszabadult a munkában a CPU-t. Ennek eredményeképpen a CPU hatékonyság jelentősen nőtt. Teljesítmény egyes modellek a gépek ilyen építészeti értéke 1-3000000 op. / Sec.
Az összes modell, a harmadik generációs számítógépek, amelyek alapján létrejött az integrált áramkörök (1970-80-as), használt architektúra egy központi processzor és a perifériás processzor perifériák. Egy ilyen multi-processzor architektúra lehetővé teszi, hogy a végrehajtási többszörös programozásról mód: míg az egyik foglalt adatok bemenet / kimenet, amely által ellenőrzött kerületi processzor, a másik program veszi a CPU által számítások elvégzése. A javított elemek és egyéb hardver egyes modellek a harmadik generációs számítógépes elért teljesítményt akár 10 millió op. / S.
Az elválasztás számítógépes erőforrások között több futtatható programok szükséges létrehozását speciális szoftver: az operációs rendszer (OS). A megosztott erőforrások, elsősorban közé CPU és a memória. OS feladata, hogy a különböző programok végre egyidejűleg egy számítógép „nem zavarja” egymással és a hatékonyságot a CPU volt a maximum, más szóval, hogy a CPU nem „idle”. OS is feltételezi, az ellátást az elsőbbségi használatának több program közös külső eszközök: külső memória, I / O eszközöket.
Architecture PC
Személyi számítógép (PC) - a leggyakoribb a mi időnkben, a számítógép típusa. PC megjelenés létrehozásához kapcsolódó mikroprocesszorok, amely akkor kezdődött az 1970-es. Egészen a közelmúltig, volt egy eszköz PC központi processzor és több perifériás processzorok a külső eszközök vezérlésére, amelyek úgynevezett vezérlők. Az építészet, a PC ábrán látható. 2.7.
Közötti kommunikáció az egyes funkcionális egységek PC használ egy közös információs autópálya úgynevezett rendszer busz.
A rendszerbusz három részből áll:
Egy fontos előnye ennek az architektúrának lehet csatlakoztatni a számítógéphez az új eszközöket, vagy kicserélni a régi gépek modernebb. Ez az úgynevezett elve nyitott architektúra. Minden típusú és a modell a készülék által használt vezérlőt és egy része az operációs rendszer egy vezérlő program, amely az úgynevezett egy illesztőprogram.
A nyílt architektúra a személyi számítógép - egy olyan architektúra, amely moduláris épület egy számítógép azzal a lehetőséggel, hozzátéve és cseréje egyes készülékek között. "
Építészet neneymanovskih számítástechnika
Annak ellenére, hogy a gyorsan növekvő számítógép teljesítményét, amely minden 4-5 évben a legfontosabb mutató majdnem megkétszereződött, mindig van egy osztály a problémák, amelyekre nem a teljesítmény nem elég. Mi csak néhányat említsünk.
1. Matematikai számítások végrehajtásának alapjául szolgáló matematikai modellek többféle eljárással. Óriás számítástechnikai erőforrásokat lehet végrehajtani nagyon gyorsan (egyesek szerint, valós időben) van szükség a több megbízható és hosszú távú időjárás megoldására repülőgépipar problémák, beleértve a védelmi, megoldani sok műszaki problémák, és így tovább. D.
2. Keresés tájékoztatásul hatalmas adatbázisokat az információs térben az internet.
3. modellezése intelligencia - az összes fantasztikus teljesítmény, RAM mai számítógépek csak egy kis töredéke az emberi emlékezet.
számítógép teljesítményét egy központi processzor egy fizikai korlátozás: nőtt processzor sebességét növeli a hőtermelés, ami nem lehet korlátlan. Ígéretes módja, hogy javítsa a számítógép teljesítményét abban rejlik, ahogyan a nem egyediségét a fő összetevője a számítógép: egy processzort, memóriát, a busz, vagy az összes együtt. Ez az út még nagyobb az eltérés a Neumann architektúra.
Annak érdekében, hogy világos, hogy miért több a számítógép processzorok, megvitatja az algoritmus megoldása egyszerű matematikai feladatot. Van egy sor 100 szám: a1. a2. A100. Szükséges, hogy megtalálja az összegük.
Semmi sem egyszerűbb! És a számítógépen, és anélkül, hogy hajlamosak vagyunk a következőképpen kell eljárni: add az első két szám, mint a jelölt az összegük (pl S), majd add hozzá a harmadik, és csinálni egy másik 98 alkalommal. Ez a példa szekvenciális számítási folyamatot. A blokkvázlat ábrán látható. 2.8.
Mivel az ember nem rendelkezik egy második fej, különben ez a feladat önmagában nem képes megoldani. De elképzelhető, hogy nem oldja meg egyedül, hanem az egész osztály (25 fő). Aztán ott van a lehetőség egy teljesen más akciójelenetek.
1. egyesítése a számokat a pár - két minden (összesen 50 számok elosztott); így például, tanuló № 1 vesz egy A1 és A2. tanuló № 2 - A3 és A4. és t. d.
2. Add ki a parancsot „PACK!” - és mindenki teszi a számukat.
3. Add ki a parancsot „write!” - és mindenki írja krétával a táblára az eredmény.
4. Mivel megvan a másik 50 nyers számok (. A51 A100), ismételje meg az 1. - 3. Ezt követően már a fedélzeten, 50 szám b1 = a1 + a2. B50 = A99 + A100 - az eredmények a párosított kiegészítések.
5. Keverjük össze a két bi és ismételje meg 2-4.
Továbbra is ez a folyamat (2-5), amíg nem lesz egyetlen szám - a szükséges összeget.
Az első benyomás, hogy ez nagyon nehéz, sokkal nehezebb, mint az algoritmus látható. 2.8. Ha akartam írni ezt az algoritmust biokkdiagramon, mi lett volna, kivéve a leírás sorrendjét akciók és objektumok csinálni, amit még soha nem végzett írásakor algoritmusok -, hogy szinkronizálás párhuzamos folyamatok időben. Például a parancsok végrehajtása a 2. és 3. be kell fejezni az összes résztvevő a számítások előtt folytatódik (itt n. 4.), vagy akár, hogy megoldja ezt a problémát egyszerű volt a káosz.
De a nehézség nem objektív ok arra, hogy utasítsa el ezt a módját, különösen, ha beszélünk a lehetőségét, hogy egy jelentős gyorsulást a számítástechnika. Amit fentebb javasolt, ez az úgynevezett nyelvén párhuzamos számítási programozók és meglehetősen támadható formális leírása. gyorsítás a számítástechnika a hatás egyértelmű: a fenti 2. pontban algoritmus felgyorsítja a megfelelő szakaszában a munka akár 25-szer!
A következő kérdés: mit kell változtatni a számítógépes egység, hogy tudott dolgozni, mint ez? Hogy végre egy ilyen rendszer a számítások a számítógép szüksége 25 processzorok, egye- építészet és képes dolgozni párhuzamosan.
Ilyen többprocesszoros rendszerek - ingatlan jelenlegi számítástechnika.
De térjünk vissza a sorrend a fent leírt intézkedések - még mindig az a probléma forrása. Képzeljük el, hogy az áramkör látható. 2.7 Mi további 24 dorisoval központi processzor buszon. Végrehajtása során történhet egyszerre kezelő 25 processzorok a rendszer busz átvitelére kívül eredményeket memória ebben a csapatban 3 számítógépet. De mivel a busz csak a számot csak akkor lehet küldeni egy időben! Ez azt jelenti, a parancs végrehajtása 3 lesz, hogy gondoskodjon a transzfer az összes számot a memóriában. Azonnal felmerül a kérdés: nem fogja csökkenteni a nulla, ha a sor megtelt előnye a párhuzamosság a műveletek 2. lépés? És ha továbbra is előnyöket, mekkorák? Vissza kell fizetni, ha további 24 processzor költségeket?
Az ezt követő helyzetben természetes lépés „találmány gondolkodás”: az üzembe helyezés több építészet rendszer busz. És ha belegondolunk, a lehetséges problémákat, és minél több egységet.
Mint látható, ez az egész nagyon egyszerű! Vizsgálat a számítógépes eszköz változások vezetnek a „neneymanovskim” architektúrák. A feltalálók az ilyen rendszerek kell találni a kompromisszumot növekvő bonyolultsága (és ennek következtében - érték) és a gyorsulás a munkájukat.
Megvalósítások neneymanovskih számítástechnikai
A legáltalánosabb értelemben, párhuzamos feldolgozás adatok kifejezést olyan eljárásokra, amelyek egyidejűleg lehet végrehajtani több gépi műveletek. Párhuzamos számítás alapján valósítható meg, mivel az új számítógépes architektúra, és költségére az új programozási technológiákat. Az ilyen technikák úgynevezett párhuzamos programozás.
Elosztott számítási -, hogy tegyünk a párhuzamos feldolgozás segítségével több számítógép csatlakozik a hálózathoz. Ezek a számítógépes rendszerek is nevezik multicomputer.
Elosztott számítási gyakran végrehajtott számítógépes klaszterek - több számítógép csatlakozik a helyi hálózathoz és kombinált speciális szoftver, amely megvalósítja a párhuzamos számítási folyamatot. Elosztott számítási végezhetők segítségével multicomputer rendszereket. által alkotott unió több egyedi számítógépek globális hálózatán keresztül.
Többprocesszoros rendszer alkotnak egy számítógép, ami osztályába tartozik szuperszámítógépek. Elérését párhuzamosság történik velük, lehetővé téve független működése az egyes készülékek és az átfedések: .. Több processzor, memória egység, buszok, stb többprocesszoros rendszer használhat különböző hozzáférési módszereket a teljes a teljes memória rendszer. Ha az összes processzor egyenlő (homogén) a hozzáférést egy memóriát, a megfelelő számítógépes rendszer vektornak nevezzük szuperszámítógép.
Az egyik a világ legnagyobb teljesítményű szuperszámítógépe, az úgynevezett „Lomonoszov” (ábra. 2.9) a Magyarországon gyártott és dolgozott a Moszkvai Állami Egyetemen. Az ő teljesítménye több mint 100000000000000 művelet másodpercenként.
Kérdések és feladatok
2. Mi volt az eltérés a Neumann architektúra számítógépek, a második és harmadik generáció?
3. Mi lehet megvalósítani párhuzamosan futó módot a harmadik generációs számítógépek?
4. Mi alapvetően különbözik a klasszikus építészet a PC architektúra számítógép első generációs?
5. Melyek a funkciókat, amelyeket a vezérlő külső eszközök a PC?
6. Mi a nyitottság elvét a PC architektúra?
7. Mit jelent az első operációs rendszer?
8. Milyen típusú problémát kell superproductive Computing?
9. Mi a Parallel Computing?
10. Például, azzal a kiegészítéssel, a számok 25 diák próbálja elemezni a következő helyzetekben: egy osztályban csak 1 darab krétát; az osztályban 5 Chalk db; az osztály 25 darab krétát. Nézze meg, hogyan befolyásolja az idő a probléma megoldásának (megjegyzés is a szélessége a fedélzeten, és a mozgás a diákok az osztályban). Építsen egy modellt ebben a folyamatban. Fordulni a helyzet a számítógép terminológiát többprocesszoros rendszerek nyelvet.
11. Mi a különbség multicomputer rendszer a többprocesszoros? Milyen alapon dolgoznak szuperszámítógépek?