Презентация, доклад на тему Информационные процессы. Архитектура ЭВМ (10 класс)

имени Героя Советского Союза Н. В. Котлова»

Кузнецовой
Еленой Владимировной

Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.

Информационные процессы в компьютере. Архитектура вычислительных систем.

другому связан со сменой элементной базы, на которой создавались машины, с изменением архитектуры ЭВМ, с развитием основных технических характеристик (скорости вычислений, объёма памяти и др.), с изменением области применения и способов эксплуатации машин.

Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.

Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.

Под архитектурой ЭВМ понимаются наиболее общие принципы построения компьютера, реализующие программное управление его работой и взаимодействие основных функциональных узлов.

Венгеро-американский математик еврейского происхождения, сделавший важный вклад в квантовую физику, квантовую логику, функциональный анализ, теорию множеств, информатику, экономику и другие отрасли науки. (Википедия)

Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.

поколения – полупроводниковые элементы. Их архитектура схожа и в большей степени соответствовала принципам фон Неймана. Один процессор управлял работой всех устройств.

Согласно принципам фон Неймана, исполняемая программа хранится во внутренней памяти – в ОЗУ. Там же находятся данные, с которыми работает программа. Каждая команда программы и каждая величина занимают определенные ячейки памяти.

Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.

её выполнения. При большом числе обращений к внешним устройствам может оказаться, что большую часть времени выполнения программы процессор «простаивает» и, следовательно его КПД оказывается низким. Быстродействие ЭВМ с такой архитектурой находилось в пределах 10-20 тысяч операций в секунду (оп./с).

Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.

от однопроцессорного устройства. На последних моделях машин II поколения, помимо центрального процессора (ЦП), выполнявшего обработку данных, присутствовали периферийные процессоры, которые назывались каналами ввода/вывода. Их задача – в автономном управлении устройствами ввода/вывода и внешней памяти, что освобождало от этой работы центральный процессор. В результате КПД ЦП возрос. Быстродействие некоторых моделей с такой архитектурой составляло от 1 до 3 млн. оп./с.

Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.

схем (1970-80г.г), использовалась архитектура с одним ЦП и периферийными процессорами внешних устройств. Благодаря совершенствованию элементной базы и др. аппаратных средств на некоторых моделях III поколения достигалось быстродействие до 10 млн. оп./с

Такая многопроцессорная архитектура позволяла реализовать мультипрограммный режим работы: пока одна программа занята вводом/вывода данных, которым управляет периферийный процессор, другая программа занимает центральный процессор, выполняет вычисления.

Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.

магистраль – системная шина, которая состоит из 3-х частей:
-Шина данных (для передачи данных);
-Шина адреса (для передачи адресов устройств);
- Шина управления (для передачи управляющих сигналов, синхронизирующих работу разных устройств).
Важное достоинство такой архитектуры – возможность подключения к компьютеру новых устройств или замена старых устройств на более современные. Это называется принципом открытой архитектуры.

Для каждого типа и модели устройств используется свой контроллер, а в составе ОС имеется управляющая программа (драйвер устройства)

Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.

выполнять функции центрального процессора.
Эта особенность архитектуры позволяет производить на ПК параллельную обработку данных, что существенно увеличивает его производительность.
Выпускаемые в настоящее время микропроцессоры содержат до 8 ядер.

Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.

архитектуры.
Несмотря на нарастающую производительность ЭВМ, которые каждые 4-5 лет по важнейшим показателям практически удваивается, всегда есть классы задач, для которых никакой производительности не хватает.
Математические расчёты, лежащие в основе реализации математических моделей многих процессов. Гигантские вычислительные ресурсы, которые нужно реализовать очень быстро, необходимы для более надежного и долгосрочного прогноза погоды, для решения аэрокосмических задач, для решения инженерных задач.
Поиск информации в гигантских БД.
Моделирование интеллекта – при всех фантастических показателях, объем оперативной памяти современных компьютеров составляет лишь малую долю объема памяти человека.

Быстродействие компьютера с одним ЦП имеет физическое ограничение: повышение тактовой частоты процессора ведет к повышению тепловыделения, которое не может быть неограниченным.

Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.

Найти их сумму S.

Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.

для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.

реализации подобной схемы вычислений компьютеру потребуется 25 процессоров, объединенных в одну архитектуру и способных работать параллельно.
Такие многопроцессорные вычислительные комплексы – реальность сегодняшнего времени.

Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.

В этом случае при реализации команды 3 произойдет одновременное обращение 25 процессоров к центральной шине для пересылки результатов сложения в оперативную память. На шина одна, числа в ней могут передаваться по одному, значит будет очередь на передачу чисел в память.
Вопросы:
Не сведет ли к нулю эта очередь все преимущества от параллельности выполнения операций в шаге 2?
Если преимущества останутся, то насколько они велики?
Окупятся ли расход на 24 дополнительных процессора?
Возникает мысль: ввод в архитектуру нескольких системных шин, а может и нескольких устройств оперативной памяти.
Обсуждаемые изменения приводят к «ненеймановской» архитектурам.

Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.

системы – суперкомпьютеры: мультикомпьютерные системы (кластеры).

Программное решение: параллельное программирование - выделение в программе нескольких одновременно выполняемых действий (распараллеливание).

Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.

уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.

Реферат «Архитектура персонального компьютера»
Презентация «Суперкомпьютеры и их применение»