Однопроцессорный компьютер что это
Обновлено: 03.07.2024
Архитектурой компьютера считается его представление на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т. д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ, ОП), внешних ЗУ и периферийных устройств. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.
Структура компьютера — это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства — от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации
Принципы (архитектура) фон Неймана
В основу построения большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом.
1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. Так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти.
Если после выполнения команды следует перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов (ветвления), которые заносят в счетчик командномер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды «стоп».
Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.
2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм). Более того, команды одной программы мо- -гут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции — перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.
3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе
выполнения программ с использованием присвоенных имен.
Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских. Существуют и другие классы компьютеров, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Здесь, например, может не выполняться принцип программного управления, т. е. они могут работать без счетчика (регистра адреса) команд, указывающего на выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам не обязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не-фон-неймановскими.
Логические узлы (агрегаты) ЭВМ, простейшие типы архитектур
Центральное устройство. ЦУ представляет основную компоненту ЭВМ и, в свою очередь, включает ЦП — центральный процессор (central processing unit - CPU) и ОП - оперативную (главную) память (main storage, core storage, random access memory - RAM).
Процессор непосредственно реализует операции обработки информации и управления вычислительным процессом, осуществляя выборку машинных команд и данных из оперативной памяти и запись в ОП, включение и отключение ВУ. Основными блоками процессора являются:
устройство управления (УУ) с интерфейсом процессора (системой сопряжения и связи процессора с другими узлами ма-' шины);Оперативная память предназначена для временного хранения данных и программ в процессе выполнения вычислительных и логических операций.
ЦУ описывается следующими характеристиками:
быстродействие (тактовая частота процессора, цикл записи/считывания ОП).Внешние устройства (ВУ). ВУ обеспечивают эффективное взаимодействие компьютера с окружающей средой — пользователями, объектами управления, другими машинами. ВУ разделяются на следующие группы:интерактивные устройства (ввода/вывода); устройства хранения (массовые накопители); устройства массового ввода информации, устройства массового вывода информации.
В специализированных управляющих ЭВМ (технологические процессы, связь, ракеты и пр.) внешними устройствами ввода являются датчики (температуры, давления, расстояния и пр.), вывода — манипуляторы (гидро-, пневмо-, сервоприводы рулей, вентилей и др.).
В универсальных ЭВМ (человеко-машинная обработка информации) в качестве ВУ выступают терминалы, принтеры и др. устройства.
Каналы связи (внутримашинный интерфейс) служат для сопряжения центральных узлов машины с ее внешними устройствами.
Однотипные ЦУ и устройства хранения данных могут использоваться в различных типах машин. Известны примеры того, как фирмы, начавшие свою деятельность с производства управляющих машин, совершенствуя свою продукцию, перешли к выпуску систем, которые в зависимости от конфигурации ВУ могут исполнять как роль универсальных, так и управляющих машин (Hewlett-Packard и Digital Equipment Corporation).
Если абстрагироваться от подробностей, то основные классические типы архитектур можно определить как следующие: «звезда», иерархическая, магистральная Архитектура «звезда». Здесь ЦУ (рис. 2.1, а) соединено непосредственно с ВУ и управляет их работой (ранние модели машин).
Классическая архитектура (фон Неймана) - одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд — программа (рис. 2.2). Это однопроцессорный компьютер.
Вычислительная машина включает пять базовых компонент и состоит из следующих типов устройств:
запоминающие устройства — память, в том числе оперативная (ОП) и внешние ЗУ; устройства ввода и устройства вывода информации — внешние (периферийные) устройства (ВУ).Иерархическая архитектура — ЦУ соединено с периферийными процессорами (вспомогательными процессорами, каналами и пр.), управляющими в свою очередь контроллерами, к которым подключены группы ВУ (системы IBM 360—375);
Магистральная структура (общая шина - unibas) — процессор (процессоры) и блоки памяти (ОП) взаимодействуют между собой и с ВУ (контроллерами ВУ) через внутренний канал, общий для всех устройств (машины DEC, ПЭВМ IBM PC-совместимые).
К этому типу архитектуры относится также архитектура персонального компьютера: функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью.
Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных схем. Совокупность проводов магистрали разделяется на отдельные группы: шину адреса, шину данных и шину управления.
Периферийные устройства (принтер и др.) подключаются к аппаратуре компьютера через специальные контроллеры — устройства управления периферийными устройствами.
Контроллер — устройство, которое связывает периферийное оборудование или каналы связи с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Однопроцессорная архитектура ЭВМ. Архитектура ПК"
Прежде чем приступать к изучению нового материала, мы должны с вами вспомнить, что компьютер (электронно-вычислительная машина) – это автоматическое, программно-управляемое устройство для работы с информацией.
Компьютер включает в себя устройства хранения, обработки, ввода и вывода информации. К устройствам хранения относится память компьютера.
Она предназначена для приёма, записи, хранения и выдачи данных. Устройство обработки информации – процессор.
Его работа заключается в получении данных, анализе, обработке и отправке результата работы на требуемое устройство.
В компьютере очень много устройств ввода и вывода информации.
Их основная задача заключается в приёме и передаче информации.
В 1946 году Джон фон Нейман сформулировал основные принципы устройства ЭВМ, которые называются фон-неймановской архитектурой.
Мы с вами знаем, что современный компьютер включает в себя программное (software) и аппаратное (hardware) обеспечения.
На этом уроке будет рассмотрена однопроцессорная архитектура ЭВМ, также вы познакомитесь с периферийными процессорами и архитектурой персонального компьютера.
Вычислительные машины существовали и до XX века. К ним можно отнести счёты, логарифмические линейки, арифмометры, счётные машины Паскаля и Беббиджа.
Перечислять можно очень долго. Но всё это относится к механическим устройствам с очень ограниченными возможностями.
А вот 1950-х годах в разных странах начинается серийное производство ЭВМ. Вся история развития ЭВМ делится на поколения. Переход от одного поколения к другому связан с различными причинами:
· смена элементной базы данных, на которых создавались машины;
· изменение архитектуры ЭВМ;
· развитие основных технических характеристик (скорость вычисления, объём памяти и так далее);
· изменение области применения и способов эксплуатации машин.
Архитектура ЭВМ – это наиболее общие принципы построения компьютера, которые реализуют программное управление его работой и взаимодействие основных функциональных узлов.
В основе архитектуры ЭВМ разных поколений лежат принципы Джона фон Неймана.
Но в процессе развития ЭВМ происходят некоторые отклонения от фон-неймановской архитектуры.
История электронных вычислительных машин I поколения (1950-е года) связана с изобретением в 1906 году американским инженером Ли де Форестом вакуумного триода.
I поколение – это поколение компьютеров-монстров, которые занимали целые комнаты и потребляли мощность, которой было бы достаточно для работы небольшого завода.
Несмотря на это, производительность таких машин была весьма скромной.
Следующее изменение ЭВМ, которое отразилось на качестве, произошло после изобретения в 1947 году Джоном БардИном, Уолтером Браттейном и УИльямом ШОкли полевого транзистора.
Таким образом, II поколение появилось в 1960-е гг., когда вместо вакуумных ламп (триодов) в ЭВМ начали использовать полупроводниковые транзисторы, что позволило существенно уменьшить размеры и энергопотребление машин, а также повысить их быстродействие и надёжность.
Но архитектура машин I и II поколений была схожа. В большей степени она соответствовала принципам фон Неймана. Давайте рассмотрим схему, с помощью которой узнаем принцип работы таких машин.
В этих машинах располагался один процессор, который управлял работой всех устройств: внутренней и внешней памяти, устройств ввода и вывода. То есть внутренняя память может обращаться к внешней, а внешняя к внутренней. Также во внутреннюю память поступают данные от устройства ввода информации. А внутренняя память в свою очередь передаёт данные на устройство вывода. И все эти операции происходят непосредственно через процессор.
Итак, согласно принципам фон Неймана, исполняемая программа храниться во внутренней памяти – оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ). Так же во внутренней памяти находятся данные с которыми работает исполняемая программа. Как мы с вами знаем, любая программа состоит из определённого количества команд. А память компьютера представляет собой таблицу с ячейками. Каждая команда программы и каждая величина занимают определённые ячейки памяти.
Давайте разберёмся на примере таблицы.
У нас есть программа, которая состоит из N команд. То есть каждая команда будет располагаться в соответствующей ей ячейке. Каждая ячейка будет иметь порядковый номер от единицы до N, в зависимости от количества команд. Последняя команда всегда будет являться командой остановки (завершения) программы. Также во внутренней памяти отводятся ячейки под хранение данных, с которыми работает программа. Они будут нумероваться следующим образом: N+1, N+2 и так далее. А в каждой ячейке будет располагаться соответствующая величина.
Вернёмся снова к нашей схеме.
От внутренней памяти в процессор поступают команды в порядке их очерёдности. Процессор в свою очередь извлекает из внутренней памяти обрабатываемые величины и заносит их в специальные ячейки своей внутренней памяти. Такие ячейки называются регистрами. Далее идёт выполнение команды, после чего полученный результат записывается в определённую ячейку памяти. Затем в процессор поступает следующая команда и всё повторяется. Так будет продолжаться до тех пор, пока в процессор не поступит последняя команда N, которая будет говорить о том, что программа завершила свою работу и команды больше не будут поступать в процессор.
Команды программы делятся на команды обработки данных и команды обращения к внешним устройствам. При поступлении в процессор команды обработки информации, он выполняет её сам при помощи входящего в него арифметико-логического устройства (АЛУ). А вот при поступлении в процессор команды, которая обращена к внешним устройствам, он перенаправляет её в соответствующее устройство. После чего это устройство само выполняет поступившую в него команду. Выполнение таких команд занимает намного больше времени, чем выполнение команд обработки данных.
То есть при однопроцессорной архитектуре, которую мы с вами рассматриваем, процессор передаёт команду во внешнее устройства и ждёт её завершения, и только после этого в него поступает очередная команда. Таким образом, можно сказать, что, если в программе присутствует большое количество команд, которые обращены к внешним устройствам, большую часть времени процессор находится, так сказать, в режиме ожидания, пока внешние устройства выполнят все эти команды. Соответственно КПД процессора становится низким. Быстродействие ЭВМ с такой архитектурой находилось в пределах 10 – 20 тыс. оп./с.
Следующим продвижением был отказ от однопроцессорных ЭВМ. Давайте снова рассмотрим схему.
На последних моделях машин II поколения вместе с центральным процессором (ЦП), который выполнял обработку данных, ставились периферийные процессоры. Их задачей являлось автономное управление устройствами ввода/вывода и внешней памятью. Такие процессоры назывались каналами ввода/вывода. То есть работа происходила следующим образом: если в процессор шла команда обработки данных, то он выполнял её сам, а если поступала команда, обращённая к внешним устройствам, то он перенаправлял её на соответствующий канал ввода/вывода, который контролировал выполнение команды. Сам же процессор в это время приступал к выполнению следующей команды. Таким образом нагрузка на центральный процессор уменьшалась, что привело к увеличению его КПД. Быстродействие некоторых моделей машин с такой архитектурой составляло от 1 до 3 млн оп./с.
Дальнейшее развитие компьютеров связано с использованием интегральных схем.
Впервые такие схемы были изготовлены в 1960 году американским инженером Робертом Нойсом.
Интегральная схема – это множество, от десятков до миллионов, транзисторов, размещённых на одном кристалле полупроводника. Такие схемы использовались на всех моделях ЭВМ III поколения.
Компьютеры III поколения начали выпускаться в 60 – 70 годах XX века. В них использовалась архитектура с одним центральным процессором и периферийными процессорами внешних устройств.
Благодаря такой архитектуре, появилась возможность реализовать мультипрограммный режим работы. То есть периферийный процессор выполнял программу, которая содержала в себе команды, направленные на ввод/вывод данных, а центральный процессор в это время выполнял программу, с помощью которой происходила обработка данных. На некоторых моделях III поколения быстродействие достигало до 10 млн оп./с. Это было осуществлено благодаря совершенствованию элементной базы и других аппаратных средств. Помимо быстродействия, это привело к значительному упрощению самого процесса изготовления ЭВМ.
Но возник вопрос, по разделению ресурсов ЭВМ между несколькими выполняемыми программами. Для разрешения этого вопроса было создано специальное программное обеспечение – операционная система (ОС).
К разделяемым ресурсам относятся время работы центрального процессора и оперативная память. То есть операционная система следит за тем, чтобы программы, которые выполняются одновременно, не мешали друг другу и чтобы КПД центрального процессора был максимальным, то есть чтобы центральный процессор, так сказать, не стоял без дела. Помимо всего этого, операционная система следит за очерёдностью использования несколькими программами общих внешних устройств: внешней памяти, устройств ввода/вывода.
А сейчас перейдём к рассмотрению архитектуры персонально компьютера.
Как вы уже знаете, персональный компьютер (ПК) является самым распространённым типом компьютеров в наше время.
Компьютер – это многофункциональное электронное устройство, предназначенное для накопления, обработки и передачи информации.
Персональные компьютеры начали появляться благодаря развитию микропроцессоров в 1970-х годах.
До недавнего времени в устройстве персонального компьютера был один центральный процессор.
Давайте рассмотрим рисунок.
Итак, перед вами изображена архитектура персонального компьютера. На ней изображены функциональные блоки персонального компьютера, к которым относятся устройства ввода/вывода, внешнее запоминающее устройство, центральный процессор, память и видеопамять. Все эти блоки соединены между собой информационной магистралью, которая называется системной шиной. Она состоит из трёх частей: шина данных, шина адреса, шина управления. Шина данных используется для передачи данных к функциональным блокам. Шина адреса предназначена для передачи адресов устройств, которым передаются данные. И последняя, шина управления используется для передачи управляющих сигналов, которые синхронизируют работу разных устройств. То есть через шину передаются все данные от одного устройства к другому.
Также на рисунке у нас есть такие элементы как контроллеры. Контроллеры – это периферийные устройства, которые управляют внешними устройства. Как они взаимодействуют с центральным процессором мы уже с вами знаем, только передача всех данных осуществляется через шину.
Также мы можем видеть на рисунке сплошные и пунктирные стрелки. Сплошными стрелками изображены направления потоков информации, а пунктирными – направление управляющих сигналов.
В этой архитектуре существует такое значительное достоинство, как принцип открытой архитектуры. То есть мы можем подключать к компьютеру новые устройства или заменять старые на более современные. Для каждого типа и модели устройства используется свой контроллер.
Например, если мы подключим телефон к компьютеру через USB-порт, то он определиться у нас на компьютере только после установки в операционную систему специальной программы для управления этим устройством. Такие программы называются драйверами устройств.
Таким образом можно сформулировать следующее определение: открытая архитектура персонального компьютера – это архитектура, предусматривающая модульное построение компьютера с возможностью добавления и замены отдельных устройств.
В 2005 году был создан первый двухъядерный микропроцессор. Это сделали практически одновременно две фирмы Intel и AMD.
Такая архитектура позволяет производить на персональном компьютере параллельную обработку данных, что существенно увеличивает его производительность. Можно сказать, что в архитектуре находятся два центральных процессора, работа которых согласованна между собой и они объединены между собой, например, контроллером. За счёт этого поток данных идёт не к одному центральному процессору, а разделяется на два. И увеличивается быстродействие компьютера.
В настоящее время количество ядер в микропроцессорах достигает восьми.
А сейчас пришла пора подвести итоги урока.
Сегодня мы с вами познакомились с однопроцессорной архитектурой ЭВМ и изучили принципы её работы. Также узнали, что такое периферийные процессора и изучили архитектуру персонального компьютера.
Архитектура ЭВМ - функционально-структурная организация машины, определяющая методы кодирования, состав, назначения, принципы взаимодействия технических средств, программного обеспечения.
Однопроцессорные компьютеры.Поток команд- последовательность команд, выполняемых ЭВМ.Поток данных – последовательность данных (исходная информация и промежуточные результаты), обрабатываемых под управлением потока команд.
SISDархитектура – Все команды и данные выполняются последовательно.
CiSC- имеет комплексную систему команд, под управлением которой выполняются все возможные операции типа: память-память, память-регистр, регистр-регистр.
RISC – содержит набор простых, частоупотребляемых программ и команд. Данная архитектура характеризуется сокращенным числом команд, длинной команд, форматом команд, большим числом регистров и внутренней памяти процессора.
SIMD – один поток команд, множество потоков данных.
Матричная структура – имеется множество процессорных элементов, выполняющих одну и туже команду над различными элементами вектора потока данных, объединенных коммутатором. Каждый процессорный элемент включает в себя схемы местного управления, операционные части. схемы связи и собственно ОП.
Векторно-конвейерная структура – содержит конвейер операций , на котором обрабатываются последовательные элементы векторов и полученные результаты последовательно записываются в единую память.
Суперскалярная обработка заключается в том, что в аппаратуру процессора закладываются средства, позволяющие одновременно выполнять 2 и более скалярные операции, т.е. команды обработки пары чисел.
MISD (Multiple Instruction Stream - Single Data Stream) или МКОД - множество потоков команд и один поток данных. MISD компьютеры представляет собой, как правило, регулярную структуру в виде цепочки последовательно соединенных процессоров П1, П2, . ПN, образующих процессорный конвейер (рис. 2.4). В такой системе реализуется принцип конвейерной (магистральной) обработки, который основан на разбиении всего процесса на последовательно выполняемые этапы, причем каждый этап выполняется на отдельном процессоре. Одинарный поток исходных данных для решения задачи поступает на вход процессорного конвейера. Каждый процессор решает свою часть задачи, и результаты решения в качестве исходных данных передает на вход последующего процессора. К каждому процессору подводится свой поток команд, т. е. наблюдается множественный поток команд ПК1, ПК2, . ПКN.
MIMD компьютеры
| ПДN |
| ПД2 |
| . . . |
| ПД1 |
| . |
| Память программ |
| ЦУУ |
| П2 |
| ПN |
| ПК1 |
| ПКN |
| ПК2 |
| П1 |
| Память данных и результатов |
MIMD (Multiple Instruction Stream - Multiple Data Stream) или МКМД - множество потоков команд и множество потоков данных.. Уже довольно давно появились компьютеры с несколькими независимыми процессорами, но вначале на таких компьютерах был реализован только параллелизм заданий, то есть на разных процессорах одновременно выполнялись разные и независимые программы.
Так как только MIMD-архитектура включает все уровни параллелизма от конвейера операций до независимых заданий и программ, то любая вычислительная система этого класса в частных приложениях может выступать как SISD и SIMD-система.
Таким образом, употребляя термин «MIMD», имеется в виду не только много процессоров, но и множество вычислительных процессов, одновременно выполняемых в системе. MIMD-системы по способу взаимодействия процессоров (рис. 2.5.) делятся на системы с сильной и слабой связью.
Архитектура системы–совокупность свойств системы, существенных для пользования.
Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.
Наиболее распространены следующие архитектурные решения.
Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) — одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд — программа. Это однопроцессорный компьютер.
К этому типу архитектуры относится и архитектура персонального компьютера с общей шиной. Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью.
Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных схем. Совокупность проводов магистрали разделяется на отдельные группы: шину адреса, шину данных и шину управления.
Периферийные устройства (принтер и др.) подключаются к аппаратуре компьютера через специальные контроллеры — устройства управления периферийными устройствами.
Контроллер — устройство, которое связывает периферийное оборудование или каналы связи с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования.
Многопроцессорная архитектура. Наличие в компьютере нескольких процессоров означает, что параллельно может быть организовано много потоков данных и много потоков команд. Таким образом, параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи.
Многомашинная вычислительная система. Здесь несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную). Каждый компьютер в многомашинной системе имеет классическую архитектуру, и такая система применяется достаточно широко. Однако эффект от применения такой вычислительной системы может быть получен только при решении задач, имеющих очень специальную структуру: она должна разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько компьютеров в системе.
Преимущество в быстродействии многопроцессорных и многомашинных вычислительных систем перед однопроцессорными очевидно.
Архитектура с параллельными процессорами. Здесь несколько АЛУ работают под управлением одного УУ. Это означает, что множество данных может обрабатываться по одной программе — то есть по одному потоку команд. Высокое быстродействие такой архитектуры можно получить только на задачах, в которых одинаковые вычислительные операции выполняются одновременно на различных однотипных наборах данных.
Самой ранней и наиболее известной является классификация архитектур вычислительных систем, предложенная в 1966 году М.Флинном. Классификация базируется на понятии потока, под которым понимается последовательность элементов, команд или данных, обрабатываемая процессором. На основе числа потоков команд и потоков данных Флинн выделяет четыре класса архитектур: SISD,MISD,SIMD,MIMD.
SISD (single instruction stream / single data stream) – одиночный поток команд и одиночный поток данных. К этому классу относятся последовательные компьютерные системы, которые имеют один центральный процессор, способный обрабатывать только один поток последовательно исполняемых инструкций. В настоящее время практически все высокопроизводительные системы имеют более одного центрального процессора, однако каждый из них выполняет несвязанные потоки инструкций, что делает такие системы комплексами SISD-систем, действующих на разных пространствах данных. Для увеличения скорости обработки команд и скорости выполнения арифметических операций может применяться конвейерная обработка. В случае векторных систем векторный поток данных следует рассматривать как поток из одиночных неделимых векторов. Примерами компьютеров с архитектурой SISD могут служить большинство рабочих станций Compaq, Hewlett-Packard и Sun Microsystems.
MISD (multiple instruction stream / single data stream) – множественный поток команд и одиночный поток данных. Теоретически в этом типе машин множество инструкций должно выполняться над единственным потоком данных. До сих пор ни одной реальной машины, попадающей в данный класс, создано не было. В качестве аналога работы такой системы, по-видимому, можно рассматривать работу банка. С любого терминала можно подать команду и что-то сделать с имеющимся банком данных. Посколькубаза данных одна, а команд много, мы имеем дело с множественным потоком команд и одиночным потоком данных.
SIMD (single instruction stream / multiple data stream) – одиночный поток команд и множественный поток данных. Эти системы обычно имеют большое количество процессоров, от 1024 до 16384, которые могут выполнять одну и ту же инструкцию относительно разных данных в жесткой конфигурации. Единственная инструкция параллельно выполняется над многими элементами данных. Примерами SIMD-машин являются системы CPP DAP, Gamma II и Quadrics Apemille. Другим подклассом SIMD-систем являются векторные компьютеры. Векторные компьютеры манипулируют массивами сходных данных подобно тому, как скалярные машины обрабатывают отдельные элементы таких массивов. Это делается за счет использования специально сконструированных векторных центральных процессоров. Когда данные обрабатываются посредством векторных модулей, результаты могут быть выданы на один, два или три такта частотогенератора (такт частотогенератора является основным временным параметром системы). При работе в векторном режиме векторные процессоры обрабатывают данные практически параллельно, что делает их в несколько раз более быстрыми, чем при работе в скалярном режиме. Примерами систем подобного типа являются, например, компьютеры Hitachi S3600.
MIMD (multiple instruction stream / multiple data stream) – множественный поток команд и множественный поток данных. Эти машины параллельно выполняют несколько потоков инструкций над различными потоками данных. В отличие от упомянутых выше многопроцессорных SISD-машин, команды и данные связаны, потому что они представляют различные части одной и той же задачи. Например, MIMD-системы могут параллельно выполнять множество подзадач с целью сокращения времени выполнения основной задачи. Большое разнообразие попадающих в данный класссистем делает классификацию Флинна не полностью адекватной, поэтому существуют дополненные и расширенные классификации, именованные фамилиями разработчиков.
Классификация архитектур вычислительных систем нужна для того, чтобы понять особенности работы той или иной архитектуры, но она не является достаточно детальной, чтобы на нее можно было опираться при создании МВС, поэтому следует вводить более детальную классификацию, которая связана с различными архитектурами ЭВМ и с используемым оборудованием.
Небольшая компания, решившая купить свой первый сервер, часто обнаруживает, что предлагаемые для СМБ модели башенных однопроцессорных серверов (например, HP ProLiant ML 110, ML115 и ML310) мало отличаются от обычного десктопа не только по габаритам корпуса, но и по таким параметрам, как тактовая частота процессора, объем оперативной памяти и емкость жесткого диска. Однако если более внимательно проанализировать конфигурацию сервера, то обнаружатся серьезные отличия.
Начнем с процессора. В младших моделях башенных серверов используется процессор Xeon либо Opteron, хотя как опция поддерживается и Pentium или Celeron. Xeon и Opteron имеют более высокий объем встроенного кэша, чем процессоры, предназначенные для настольных ПК (если у процессоров Intel для десктопов он не превышает 3 Мбайт, то младшие модели Xeon оборудованы кэшем от 6 до 12 Мбайт), а это означает более высокую производительность при выполнении большинства приложений. В результате однопроцессорный сервер быстрее обрабатывает запросы пользователей, чем десктоп, а это напрямую транслируется в улучшение продуктивности сотрудников небольшого офиса. Кроме того, Xeon и Opteron специально разработаны для серверов, поэтому рассчитаны на более жесткие условия эксплуатации, чем процессоры на настольных ПК, и способны работать непрерывно в течение нескольких суток.
Второе отличие — это мощная дисковая подсистема, которая поддерживает как стандартные десктопные винчестеры SATA 7200 оборотов/мин, так и более скоростные жесткие диски с интерфейсом SAS (Serial Attached SCSI) 10 или 15 тысяч оборотов/мин. Применение дисков SAS существенно улучшает скорость чтения/записи приложений с интенсивным обращением к системе хранения, например, базы данных. Кроме того, винчестеры SAS имеют более высокую надежность, чем SATA-диски и способны обрабатывать запросы чтения/записи в круглосуточном режиме. Как правило, даже младшие модели башенных серверов оборудованы аппаратным RAID-контроллером для объединения внутренних дисков сервера в RAID-массив, который повышает общее быстродействие дисковой подсистемы, так и защищают данные в случае выхода из строя одного из дисков сервера.
Наконец, многие модели башенных серверов поддерживают горячую замену неисправного диска без отключения машины (эта функция практически не применяется в десктопах, которые как правило, используются только с одним винчестером), которая позволяет свести к минимуму ущерб от поломки винчестера. Также для защиты от порчи данных из-за ошибок в оперативной памяти в серверах используется модули памяти с контролем четности DDR ECC.
Еще одно важно отличие сервера начального уровня от десктопа — это расширенные возможности удаленного управления. Например, в HP ProLiant ML 110 и 115 устанавливается специальная плата HP ProLiant Lights-Out 100c Remote Management Card, с помощью которой можно дистанционно контролировать состояние сервера и выполнять его диагностику (в более продвинутой модели HP ProLiant ML 310 установлен контроллер iLO2, реализующий веcь мощный функционал средств удаленного управления и обслуживания многопроцессорных HP ProLiant). Поскольку основные покупатели этих моделей HP ProLiant — небольшие фирмы, где часто нет своего системного администратора, то с помощью этого контроллера служба технической поддержки HP может провести диагностику сбоев, а владельцу сервера не придется тратить деньги на вызов специалиста из сервисного центра или отвозить туда сам сервер.
Не следует забывать, что в отличие от десктопов, которые их производители не предназначают для использования в качестве сервера, все модели HP ProLiant ML сертифицированы на совместимость с серверными редакциями Microsoft Windows и поставляются с программами-мастерами для быстрого развертывания сервера в сети, что гарантирует отсутствие проблем совместимости компьютера с серверной операционной системой и сетевым окружением.
Сам дизайн корпуса HP ProLiant ML разработан так, чтобы упростить изменения в конфигурации их внутренних компонентов, а если по мере развития своей локальной сети компания захочет собрать всю свою компьютерную технику в 19-дюймовой стойке, то эти серверы с помощью специального набора деталей легко трансформируются из башенных в стоечные.
Таким образом, башенные серверы начального уровня ProLiant ML превосходят обычные десктопы не только по производительности, но и по возможностям быстрого ввода в эксплуатацию и предотвращения сбоев, поэтому их применение в качестве ядра локальной сети гарантирует эффективную и надежную работу ИТ-инфраструктуры небольшого офиса.
Читайте также: