Зростання продуктивності ЕОМ проявляється в підвищенні швидкості, яка досягається за рахунок використання більш нових швидкодіючих електронних схем, спеціальних архітектурних рішень, до яких відносяться: конвеєрна і віялова обробка інформації пов'язаної з роботою ОП. Швидкодія ОП також зростає, проте це швидкодія весь час відстає від швидкодії П, тому що одночасно відбувається зростання її обсягу, що робить більш важким зменшення часу циклу роботи ВП. Без узгодження пропускної здатності П і ОП неможливо реалізувати продуктивність відповідну швидкодії П. Для вирішення зазначених проблем використовуються наступні структурні рішення:
1. конвейеризация процедур циклу виконання команди. Принцип ак. Глушкова;
3. буферизация (використання більш швидкодіючої, ніж ВП буферної пам'яті).
Ця буферна пам'ять є структурним елементом процесора і включається між П і ОП. Така пам'ять є прихованою для користувача (або кеш - пам'ять), до неї немає можливості звернення і її виявлення. Але присутність її дозволяє підвищити швидкодію системи в цілому. При зверненні П до ОП для зчитування, в кеш - пам'ять передається блок інформації з ОП, що містить потрібне слово. Відбувається випереджальна вибірка, тому що висока ймовірність того, що найближчим звернення будуть відбуватися до слів цього ж блоку, вже знаходяться в кеш. Це призводить до зменшення середнього часу, який витрачається на вибір даних. Ефективність кеш - пам'яті залежить від її ємності, розміру блоку, співвідношення часу зчитування слова з кеш і блоку з ОП проявляється в зменшенні середнього часу, який витрачається на вибірку даних і визначається виразом:
. де tкеш - час зчитування слова з кеш; tоп.блок - час зчитування блоку з ОП;
kср - середнє число звернень до кеш між двома послідовними зверненнями до ОП.
За способом запам'ятовування нової інформації виділяють:
q запам'ятовування в кеш і ОП одночасно (завжди в ОП є остання копія зберігається в кеш інформації);
26. Організація систем вводу-виводу
У ЕОМ крім П і пам'яті, які утворюють обробляє ядро, міститься також різноманітні по виконуваних функцій і принципам дії ПУ, призначені для зберігання значних обсягів інформації (ВЗУ) і для здійснення функцій вводу-виводу інформації (УВВ). Передача інформації з ПУ в ядро ЕОМ називається операцією введення, а з ядра в ПУ - операцією виведення. Зв'язок пристроїв між собою в ЕОМ здійснюється за допомогою сполучення, яке називається інтерфейсом. Він являє собою сукупність ліній і шин, сигналів, електронних схем і алгоритмів (протоколів), призначених для здійснення обміну між пристроями. Характеристики інтерфейсів в значній мірі впливають на продуктивність і надійність ЕОМ.
Проблеми побудови систем ВВ:
забезпечення можливості реалізації ЕОМ зі змінним складом устаткування;
реалізація паралельної роботи П над програмою і виконання процедур ВВ;
стандартизація операцій ВВ;
забезпечення автоматичного розпізнавання і реакція ядра ЕОМ на ситуації в ПУ.
Шляхи вирішення проблем:
уніфіковані формати даних для обміну, уніфіковані формати повідомлень про стан зовнішнього пристрою;
уніфіковані, які не залежать від типу ПУ, формати і набір команд П для операцій ВВ.
Для забезпечення паралельної роботи в часі ПУ з виконанням програми П, схеми управління ВВ відокремлюють від процесора і надають їм автономність. Багато функцій управління операціями ВВ не залежить від типу ПУ, є загальними. Інші, навпаки - є специфічними для даного типу пристроїв. Відповідно до цього виконання загальних функцій покладає на спільні для груп периферійного обладнання уніфіковані пристрої (контролери та П каналів ВВ). А специфічні функції на спеціалізовані для даного типу ПУ, електронні блоки управління (адаптери).
27. Структура систем введення-виведення
Залежно від типу ЕОМ, її призначення, принципи побудови і структури систем ВВ відрізняються. Визначальними факторами є різноманітність і число ПУ в складі ЕОМ, а також інтенсивність обміну даними.
Основні принципи побудови структур систем вода - виведення:
1. ЕОМ із загальним інтерфейсом (рис. 1);
2. ЕОМ з безліччю інтерфейсів і каналами ВВ.
Ця структура складається із загальної шини, до яких під'єднані всі пристрої, в своїй сукупності утворюють ЕОМ.
28. Поняття інтерфейсу. Канали вводу-виводу
Особливості систем ВВ із загальним інтерфейсом:
1. в кожен момент часу обмін здійснюється тільки між однією парою модулів (один з них П);
2. ряд ПУ приєднуються до ОШ за допомогою блоків управління ПУ (УПУ), які здійснює узгодження форматів даних ПУ з форматом прийнятим для передачі по ЗОШ. Формат відповідає машинному слову П і чи ширині вибірки ОП.
Шириною вибірки можна назвати максимальний розмір машинного слова, який можна витягти. Цей спосіб обміну мало підходить для ПУ з поблочної передачею даних. Для цього необхідні контролери ПДП.
Структура систем ВВ із загальною шиною має місце в малих і мікро ЕОМ, де ширина вибірки 1-2 байта. При загальному інтерфейсі апаратура управління ВВ розосереджена по окремим пристроям, і обсяг її залежить від числа ПУ. Гідність: простота і гнучкість при побудові різних конфігурацій. Недолік: мала продуктивність і ризик поломки ЗОШ, а, отже, і всієї ЕОМ.
Структура систем ВВ з П ВВ (каналами ВВ).
Система на основі управління програмно-керованих П (каналів ВВ), наявність яких дає можливість звільнити П від управління операціями ВВ. У ЕОМ з КВВ відсутня однорідність в структурі потоків і форматах обміну даними, що вимагає наявності кількох спеціалізованих інтерфейсів. Відповідно до цього виділяють наступні типи - інтерфейси:
2. процесор - консоль;
Всі вони характерні для ЕОМ із загальним інтерфейсом. Найбільш швидкодіючим є інтерфейси ОП і процесор - консоль. Інформація тут передається словами або словами двійковій довжини (4-8 байт) в ОП, а через інтерфейс ВВ побайтно або словами.
Основні параметри інтерфейсу:
1. пропускна здатність - кількість інформації, що передається по каналу в одиницю часу;
2. максимальна частота передачі інформаційних сигналів;
3. максимально допустима відстань між сполучаються пристроями;
4. динамічні параметри (час передачі окремого слова або блоку даних);
5. загальне число ліній в інтерфейсі;
6. інформаційна ширина інтерфейсу.
ü завдання розміру масиву даних і області пам'яті, що беруть участь в обміні;
ü підрахунок числа одиниць даних минулих через канал;
ü визначення моменту завершення передачі масиву даних.
При цьому канал повинен здійснювати буферизацию і перетворення форматів даних, що передаються для узгодження роботи ВП і ПУ.
Додаткові функції КВВ:
ü організація ланцюжка даних. Можливі випадки, коли масив інформації, призначений для передачі, які не розташовується в ОП послідовно, а складається з декількох подмассивов, які розташовані в довільних ділянках. Для виключення включення в програму П, для кожного подмассіва - окремі Комани ВВ, канал повинен допускати завдання в канальної програмі ланцюжка даних для передачі складеного масиву;
ü організація пропуску інформації. Можливість завдання в канальної програмі пропуску інформації в ланцюжку даних і реалізації його без залучення П;
ü організація ланцюжка операції. При обміні інформацією між ОП і ПУ може виявитися, що повинна виконуватися певна послідовність операцій ВВ. При цьому доцільніше, щоб при подібних послідовності для кожної операції не було потрібно участь П. Для цього КВВ повинен забезпечувати завдання ланцюжків операцій в канальної програмі;
ü блокування контролю неправильної роботи зчитує масиву. При порушенні відповідності довжини масиву, зчитує або записується в результаті операцій ВВ, довжині фізичного запису виникає сигнал переривання;
ü формування запитів переривання від ВВ. канал повинен сповіщати П про закінчення кожної операції ВВ, а також про виявлення помилок. Повинна також існувати можливість завдання в програмі каналу переривання на будь-якому етапі операції ВВ, тобто всі виконані операції ВВ, що передують в канальної програмі запитом;
ü керуюча інформація для операцій ВВ. Управління ВВ з КВВ будується ієрархічно (1 рівень - П, 2 рівень - КВВ, 3 рівень - ПУ).
В управління ВВ використовуються коди стану каналу (слово стан каналу) і коди станів ПУ (байт стану). Програма каналу являє собою деяку послідовність керуючих слів каналу, що забезпечують виконання певної операції ВВ. Канальні програми зберігаються в ОП.
Основні типи і структура КВВ. Залежно від співвідношення швидкодії ОП і ПУ в каналах ВВ реалізуються 2 режиму роботи:
1. монопольний (після становлення зв'язку між каналом і ПУ, ПУ займає цей канал на весь час, поки повністю не завершиться ініціюється П канальна програма роботи з даними ПУ);
2. розділений у часі (кілька ПУ поділяють в часі КВВ, при цьому кожен з паралельно працюючих з даними каналом ПУ зв'язується з КВВ на короткий час, тільки після того, як ПУ підготовлено до прийому / видачі чергової порції інформації; проміжок часу, протягом якого відбувається передача, називається сеансом зв'язку).
Залежно від реалізованого режиму роботи розрізняють мультиплексний канал і селекторних. Мультиплексний канал одночасно обслуговує декілька паралельно працюючих ПУ, організовуючи поперемінні сеанси зв'язку, для обміну невеликими порціями інформації. Він призначений для роботи з порівняно повільними пристроями, здатними очікувати обслуговування без втрати інформації. Структурна схема мультиплексного каналу.
АС МПК ділять на:
1. засоби для обслуговування окремих ПУ;
2. устаткування, що є загальним для всіх пристроїв.
Число подканалов визначає максимальне число одночасно працюючих з даними каналом ПУ. Фізично подканал реалізується у вигляді ділянки пам'яті, в якому зберігаються параметри операцій ВВ. Як пам'яті використовуються спеціальна пам'ять, вбудована в МПК, або ділянку ОП ЕОМ.
АКК - адаптер канал - канал
Обчислювальна система (ВС) - це взаємопов'язана сукупність апаратних засобів обчислювальної техніки і програмного забезпечення, призначена для обробки інформації.
Іноді під ВС розуміють сукупність технічних засобів ЕОМ, в яку входить не менше двох процесорів, пов'язаних спільністю управління і використання загальносистемних ресурсів (пам'ять, периферійні пристрої, програмне забезпечення тощо).
Обчислювальна система (ВС) - сукупність взаємопов'язаних і взаємодіючих процесорів або ЕОМ, периферійного обладнання та програмного забезпечення, призначена для збору, зберігання, обробки і розподілу інформації.
Створення ВС переслідує наступні основні цілі:
· Підвищення продуктивності системи за рахунок прискорення процесів обробки даних;
· Підвищення надійності та достовірності обчислень;
· Надання користувачам додаткових сервісних послуг і т.д.
відмінною рисою ВС по відношенню до класичних ЕОМ є наявність в ній декількох обчислювачів, що реалізують паралельну обробку.
Паралелізм виконання операцій істотно підвищує швидкодію системи; він може також значно підвищити і надійність (при відмові одного компонента системи його функції може взяти на себе інший), і достовірність функціонування системи, якщо операції будуть дублюватися, а результати їх виконання порівнюватися.
Паралелізм в обчисленнях в значній мірі ускладнює управління обчислювальним процесом, використання технічних і програмних ресурсів. Ці функції виконує операційна система ВС.
Незважаючи на те, що класичним є багатомашинний варіант ВС, в ВС може бути тільки один комп'ютер, але агрегований з багатофункціональним периферійним обладнанням (вартість периферійного обладнання часто у багато разів перевершує вартість центральних пристроїв комп'ютера). У комп'ютері може бути як кілька процесорів (тоді має місце також класичний багатопроцесорний варіант ВС), так і один процесор (якщо не брати до уваги спеціалізовані процесори, що входять до складу периферійних пристроїв).
У многомашинной обчислювальної системі кілька процесорів, що входять в обчислювальну систему, не має загальної оперативної пам'яті, а мають кожен свою (локальну). Кожен комп'ютер в многомашинной системі має класичну архітектуру, і така система застосовується досить широко. Однак ефект від застосування такої обчислювальної системи може бути отриманий тільки при вирішенні завдань, що мають дуже спеціальну структуру: вона повинна розбиватися на стільки слабо пов'язаних підзадач, скільки комп'ютерів в системі.
Обчислювальна мережа - це сукупність комп'ютерів, з'єднаних між собою за допомогою каналів зв'язку в єдину систему і використовують загальні ресурси.
Залежно від засобів зв'язку і за територіальною ознакою комп'ютерні мережі діляться на:
За способом доступу до інформації мережі бувають:
Залежно від віддаленості ЕОМ, що входять у ЗС, мережі умовно поділяють на локальні та глобальні.
Локальна мережа - ЛОМ [local area network - LAN] - це група пов'язаних один з одним ЕОМ, розташованих в обмеженій території, наприклад, в будівлі. Відстані між ЕОМ в локальній мережі може досягати декількох кілометрів. Локальні мережі розгортаються зазвичай в рамках деякої організації, тому їх називають також корпоративними мережами.
Якщо мережа виходить за межі будівлі, то така ВС називається глобальної [wide area network -WAN]. Глобальна мережа може включати в себе інші глобальні мережі, локальні мережі та окремі ЕОМ.
Глобальні мережі практично мають ті ж можливості, що і локальні. Але вони розширюють область їх дії. Користь від застосування глобальних мереж обмежена в першу чергу швидкістю роботи: глобальні мережі працюють з меншою швидкістю, ніж локальні.
Мережі призначені для виконання багатьох завдань, в тому числі:
організація спільного використання файлів для підвищення цілісності інформації;
організація спільного використання периферійних пристроїв, наприклад, принтерів, для зменшення загальних витрат на обладнання офісу;
забезпечення централізованого зберігання даних для полегшення їх захисту та архівування.
Архітектура локальної мережі
Для характеристики архітектура мережі використовують поняття логічної і фізичної топології.
Фізична топологія [physical topology] - це фізична структура мережі, спосіб фізичного з'єднання всіх апаратних компонентів мережі. Існує кілька видів фізичної топології.
Найбільш простий є фізична шинна топологія [bus topology], в якій кабель йде від ЕОМ до ЕОМ, пов'язуючи їх в ланцюжок. Розрізняють товсті і тонкі мережі. Товста мережа [thicknet] використовує товстий коаксіальний кабель в якості магістралі, від якого відходять більш тонкі кабелі.
У тонкій мережі [thinnet] використовується більш тонкий і гнучкий кабель, до якого безпосередньо підключені робочий станції.
Мережі, побудовані по шинної топології, більш дешеві. Однак якщо вузли мережі розташовані по всій будівлі, то набагато більш зручним виявляється використання зіркоподібною топології.
При фізичної зіркоподібній топології [star topology] кожен сервер і робоча станція підключаються до спеціального пристрою - центральному концентратора [hub], який здійснює з'єднання пари вузлів мережі - комутацію.