Вычислительные системы, сети и телекоммуникации — это средства для оказания разнообразных информационных и вычислительных услуг организациям и частным лицам.
Основные термины и понятия
- Электронная система – это любые электронные устройства, которые выполняют обработку информационных данных.
- Задача – это комплекс функций, которые должна исполнить электронная система.
- Быстродействие – это скоростные характеристики осуществления электронной системой её задач.
- Гибкость – это возможность системы перестраиваться для работы с разными задачами.
- Избыточность – это уровень соотношения сложности поставленной задачи и возможностей системы.
- Интерфейс – это правила обмена информационными данными, которые подразумевают электронную, структурную и логическую возможность обмена между различными блоками, принимающими участие в таком обмене.
Вычислительная или микропроцессорная система является частным случаем электронной системы, которая служит для работы с входными сигналами и отправки выходных сигналов (данных). Входными и выходными сигналами могут быть как сигналы аналогового формата, так и цифровые кодированные цепочки данных. В составе вычислительной системы имеются устройства для сохранения и передачи информационных сигналов. Ниже приведена блок-схема электронной вычислительной системы.
Рисунок 1. Блок-схема электронной вычислительной системы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Вычислительные системы могут выполнены как программируемые или с жёсткой логической структурой. Системы с «жёсткой логикой» отличаются тем, что в них принципы работы и сохранения данных напрямую связаны с её схемной реализацией. То есть все системы, сделанные на основе «жёсткой логики», в любом случае являются специализированными, рассчитанными на узкий проблемный класс решаемых задач.
Под программируемой или универсальной системой понимается вычислительная система, способная к адаптации под любой класс задач. Она может перенастраиваться на различные алгоритмы функционирования без изменения аппаратного обеспечения. Выбор другого алгоритма работы выполняется заданием системе новой информации для управления. Главным достоинством таких систем считается возможность изменения типа решаемых задач без схемотехнических модификаций системы.
Процессор
Основой всех вычислительных систем считается процессор, то есть модуль, выполняющий обработку информационных данных в вычислительной системе. Процессор является заменителем почти всей жёсткой логики, которая потребовалась бы в этом случае. Основные функции процессора следующие:
- Выполнение арифметических операций.
- Выполнение логических операций.
- Операции временного сохранения кодов команд.
- Обмен данными среди модулей микропроцессорной системы.
Другие модули вычислительных систем служат для осуществления вспомогательных операций:
- Сохранение информационных данных, включая управляющую программу.
- Обеспечение обмена данными с внешними модулями.
- Обеспечение связи с пользователями.
Следует помнить, что процессорный модуль осуществляет весь набор действий поочерёдно, то есть исполняет последовательно весь прописанный набор команд. Это и хорошо, и плохо, так как последовательное выполнение команд приводит к прямой зависимости времени выполнения алгоритма от его объёма и уровня сложности.
Команда, которая осуществляется в данный момент времени, задаётся управляющей программой. Программа является комплексом инструкций, которые составил программист. Под командой понимается кодовый набор двоичных цифр, который процессор расшифровывает и понимает, что он должен исполнить. Разные команды имеют разное время исполнения и это означает, что интервал времени, требуемый для выполнения всей программы, зависит как от числа команд, так и от типа этих команд в программе. Весь набор команд, которые способен исполнить процессор, является системой команд процессора. Система команд процессора может состоять из набора от нескольких десятков до сотен команд.
Структурная организация вычислительной системы
Типовой вариант структуры вычислительной системы состоит из следующих модулей:
- Процессорный модуль.
- Модули памяти, которые включают оперативную и постоянную память.
- Модули ввода и вывода, которые служат для обмена информацией с внешними модулями.
Весь набор модулей вычислительной системы объединён общей шиной или иначе каналом, или системной магистралью. Ниже приведена общая структура вычислительной системы:
Рисунок 2. Общая структура вычислительной системы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Системная магистраль состоит из четырёх шин более низкого уровня:
- Адресной шины
- Шины данных.
- Управляющей шины
- Питающей шины.
Режимы работы вычислительной системы
Гибкость работы вычислительной системы обеспечивается тем, что все операции определяются программным обеспечением. Помимо этого, гибкость в работе даёт настройка режима информационного обмена по системной шине. Почти все вычислительные системы могут работать в трёх режимах информационного обмена по системной шине:
- Режим программного обмена данными.
- Режим обмена по прерываниям программы.
- Режим обмена по прямому доступу к памяти.
Многомашинные вычислительные комплексы
Чтобы реализовать распределённую обработку данных, были разработаны многомашинные структуры вычислительных систем, действующие по следующим направлениям:
Многомашинные вычислительные комплексы являются группой ЭВМ, которые связаны специальными коммуникационными средствами. Такие комплексы могут делится на:
- Локальные, когда все компьютеры находятся в одном помещении.
- Дистанционные, когда компьютеры могут находиться на большом расстоянии от головной ЭВМ и для коммуникации применяются каналы связи по телефонным линиям.
Полноформатная вычислительная сеть, которая объединяет большое число компьютерных терминалов и другого оборудования, объединённых коммуникационными линиями связи.
