Основные характеристики ЭВМ

Электронная вычислительная машина - комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач пользователей.

Архитектура ЭВМ - это многоуровневая иерархия аппаратурно-программных средств, из которых строится ЭВМ. Каждый из уровней допускает многовариантное построение и применение. Конкретная реализация уровней определяет особенности структурного построения ЭВМ.

характеристики ЭВМ
-быстродействие
-емкость запоминающих устройств
-надежность
-точность
-достоверность

характеризуется числом команд, выполняемых ЭВМ за одну секунду. Поскольку в состав команд ЭВМ включаются операции, различные по длительности выполнения и по вероятности их использования, то имеет смысл характеризовать его или средним быстродействием ЭВМ, или предельным (для самых «коротких» операций типа «регистр-регистр»).

Этот показатель позволяет определить, какой набор программ и данных может быть одновременно размещен в памяти. Этот показатель очень важен для определения, какие программные пакеты и их приложения могут одновременно обрабатываться в машине.

это способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени. Например, у современных HDD среднее время наработки на отказ достигает 500 тыс.ч. (около 60 лет).

возможность различать почти равные значения. Точность получения результатов обработки в основном определяется разрядностью ЭВМ, а также используемыми структурными единицами представления информации (байтом, словом, двойным словом).
С помощью средств программирования языков высокого уровня этот диапазон может быть увеличен в несколько раз, что позволяет достигать очень высокой точности

свойство информации быть правильно воспринятой. Достоверность характеризуется вероятностью получения безошибочных результатов. Заданный уровень достоверности обеспечивается аппаратурно-программными средствами контроля самой ЭВМ. Возможны методы контроля достоверности путем решения эталонных задач и повторных расчетов. В особо ответственных случаях проводятся контрольные решения на других ЭВМ и сравнение результатов.

Классификация средств ЭВТ

три глобальные сферы деятельности человека, которые требуют использования качественно различных типов ЭВМ.
1
2
3

применение ЭВМ для автоматизации вычислений

Отличительной особенностью этого направления является наличие хорошей математической основы, заложенной развитием математических наук и их приложений. Первые, а затем и последующие вычислительные машины классической структуры в первую очередь и создавались для автоматизации вычислений

Вторая сфера применения ЭВМ связана с использованием их в системах управления

Новое применение вычислительных машин потребовало видоизменения их структуры. ЭВМ, используемые в управлении, должны были не только обеспечивать вычисления, но и автоматизировать сбор данных и распределение результатов обработки.

применение ЭВМ для решения задач искусственного интеллекта.

Для технического обеспечения этого направления нужны качественно новые структуры ЭВМ с большим количеством вычислителей (ЭВМ или процессорных элементов), обеспечивающих параллелизм в вычислениях. По существу, ЭВМ уступают место сложнейшим вычислительным системам.

классификация средств вычислительной техники, в основу которой положено их разделение по быстродействию

• СуперЭВМ для решения крупномасштабных вычислительных задач. для обслуживания крупнейших информационных банков данных.
• Большие ЭВМ для комплектования ведомственных, территориальных и региональных вычислительных центров.
• Средние ЭВМ широкого назначения для управления сложными техно­логическими производственными процессами. ЭВМ этого типа могут использоваться и для управления распределенной обработкой информации в качестве сетевых серверов.
• Персональные и профессиональные ЭВМ, позволяющие удовлетворять индивидуальные потребности пользователей. На базе этого класса ЭВМ строятся автоматизированные рабочие места (АРМ) для специалистов различного уровня.
• Встраиваемые микропроцессоры, осуществляющие автоматизацию управления отдельными устройствами и механизмами.

Общие принципы построения современных ЭВМ

Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление.

Все вычисления, предписанные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов-команд. Каждая команда содержит указания на конкретную выполняемую операцию, место нахождения операндов (адреса операндов) и ряд служебных признаков.
Операнды - переменные, значения которых участвуют в операциях преобразования данных. Список (массив) всех переменных (входных данных, промежуточных значении и результатов вычислений) является еще одним неотъемлемым элементом любой программы.

Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, называется полем. Например, в каждой команде программы различают поле кода операций, поле адресов операндов. Применительно к числовой информации выделяют знаковые разряды, поле значащих разрядов чисел, старшие и младшие разряды

Последовательность, состоящая из определенного принятого для данной ЭВМ числа байтов, называется словом.

В зависимости от количества используемых в команде операндов разли­чаются одно-, двух-, трех-, четырех- адресные и безадресные команды. В одноадресных командах указывается, где находится один из двух обрабатываемых операн­дов. Второй операнд должен быть помещен заранее в арифметическое устройство.
Двухадресные команды содержат указания о двух операндах, размещаемых в памяти (или в регистрах и памяти). После выполнения команды в один из этих адресов засылается результат, а находившийся там операнд теряется.
В трехадресных командах обычно два адреса указывают, где находятся исходные операнды, а третий - куда необходимо поместить результат.
В безадресных командах обычно обрабатывается один операнд, который до и после операции находится на одном из регистров арифметико-логичес­кого устройства (АЛУ). Кроме того, безадресные команды используются для выполнения служебных операций (запрет прерывания, выход из подпрограммы и др.).

признаки
структур ЭВМ

• ядро ЭВМ образует процессор - единственный вычислитель в структуре, дополненный каналами обмена информацией и памятью

линейная организация ячеек всех видов памяти фиксированного размера

• внутренний машинный язык низкого уровня, при котором команды со­держат элементарные операции преобразования простых операндов

одноуровневая адресация ячеек памяти, стирающая различия между всеми типами информации

• последовательное централизованное управление вычислениями;
• достаточно примитивные возможности устройств ввода-вывода.

Несмотря на все достигнутые успехи, классическая структура ЭВМ не обеспечивает возможностей дальнейшего увеличения производительности. Наметился кризис, обусловленный рядом существенных недостатков:
• плохо развитые средства обработки нечисловых данных (структуры, символы, предложения, графические образы, звук, очень большие массивы данных и др.);
• несоответствие машинных операций операторам языков высокого уровня;
• примитивная организация памяти ЭВМ;
• низкая эффективность ЭВМ при решении задач, допускающих параллельную обработку и т.п.

Вектор (слово) состояния
процессора (программы).

Совокупность значений информационных элементов(триггеров, регистров, ячеек памяти) получила название вектора состояния или слова состояния процессора (программы).

Вектор состояния в каждый момент времени должен содержать информацию, достаточную для продолжения выполнения программы или повторного пуска программы с точки, соответствующей моменту формирования данного вектора состояния.
(слово состояния процессора)