Архитектура ЭВМ и вычислительных систем

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

САРАПУЛЬСКИЙ ПРОМЫШЛЕННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ







СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 230103











КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «АРХИТЕКТУРА ЭВМ И ВС»







ВЫПОЛНИЛ СТУДЕНТ

ГР. АСУ-31СЗ СУХИХ А.В.




ПРОВЕРИЛ

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ГАББАСОВА Ф.Ф.








г.Сарапул

2005 – 2006 уч. год


СОДЕРЖАНИЕ



			МНОГОМАШИННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА	3

			КЛАССИФИКАЦИЯ ЭВМ ПО НАЗНАЧЕНИЮ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫМ ВОЗМОЖНОСТЯМ	6

			ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ЛОГИЧЕСКИ ЭЛЕМЕНТОВ	10


МНОГОМАШИННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА



Вычислительная система (ВС) – совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенная для сбора, хранения, обработки и распределения информации.

Создание ВС преследует следующие основные цели:

повышение производительности системы за счет ускорения процессов обработки данных;

повышение надежности и достоверности вычислений;

предоставление пользователям дополнительных сервисных услуг и т.д.

отличительной особенностью ВС по отношению к классическим ЭВМ является наличие в ней нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку.

Параллелизм выполнения операций существенно повышает быстродействие системы; он может также значительно повысить и надежность (при отказе одного компонента системы его функции может взять на себя другой), и достоверность функционирования системы, если операции будут дублироваться, а результаты их выполнения сравниваться.

Параллелизм в вычислениях в значительной степени усложняет управление вычислительным процессом, использование технических и программных ресурсов. Эти функции выполняет операционная система ВС.

Несмотря на то, что классическим является многомашинный вариант ВС, в ВС может быть только один компьютер, но агрегированный с многофункциональным периферийным оборудованием (стоимость периферийного оборудования часто во много раз превосходит стоимость центральных устройств компьютера). В компьютере может быть как несколько процессоров (тогда имеет место также классический многопроцессорный вариант ВС), так и один процессор (если не брать в расчет специализированные процессоры, входящие в состав периферийных устройств).

В многомашинной вычислительной системе несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеет 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.


2. КЛАССИФИКАЦИЯ    ЭВМ   ПО   НАЗНАЧЕНИЮ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫМ ВОЗМОЖНОСТЯМ



Электронная вычислительная машина (ЭВМ), компьютер – комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

ЭВМ можно классифицировать по ряду признаков, в частности:

физическому представлению обрабатываемой информации;

поколениям (этапам создания и элементной базе);

сферам применения и методам использования (а также размерам и вычислительной мощности).

По сферам применения и методам использования ЭВМ можно разделить на следующие группы (рис. 2.1).



Компьютер 







 Супер-компьютер

Базовый компьютер

Мини-компьютер

Рабочая станция

Персональный компьютер (ПК)

Микро-коипьютер





Портативный 

персональный 

компьютер

Настольный 

персональный 

компьютер







Домашний 

компьютер

Блокнотный

персональный 

компьютер

Карманный

персональный

компьютер





Рис. 2.1. Классификация по сферам применения и методам использования






3. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ



Логический элемент компьютера — это часть электронной логической схемы, которая реализует элементарную логическую функцию. 

Логическими элементами компьютеров являются электронные схемы И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ и другие (называемые также вентилями), а также триггер. 

С помощью этих схем можно реализовать любую логическую функцию, описывающую работу устройств компьютера. Обычно у вентилей бывает от двух до восьми входов и один или два выхода. 

Чтобы представить два логических состояния — “1” и “0” в вентилях, соответствующие им входные и выходные сигналы имеют один из двух установленных уровней напряжения. Например, +5 вольт и 0 вольт. 

Высокий уровень обычно соответствует значению “истина” (“1”), а низкий — значению “ложь” (“0”). 

Каждый логический элемент имеет свое условное обозначение, которое выражает его логическую функцию, но не указывает на то, какая именно электронная схема в нем реализована. Это упрощает запись и понимание сложных логических схем. 

Работу логических элементов описывают с помощью таблиц истинности. 

Таблица истинности это табличное представление логической схемы (операции), в котором перечислены все возможные сочетания значений истинности входных сигналов (операндов) вместе со значением истинности выходного сигнала (результата операции) для каждого из этих сочетаний. 

С х е м а   И

Схема И реализует конъюнкцию двух или более логических значений. 

Условное обозначение на структурных схемах схемы И с двумя входами представлено на рис. 3.1. Таблица истинности — в таблице 3.1.


Рис. 3.1

Таблица 3.1 

x

y

xy

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1



Единица на выходе схемы И будет тогда и только тогда, когда на всех входах будут единицы. Когда хотя бы на одном входе будет ноль, на выходе также будет ноль.

Связь между выходом z этой схемы и входами x и y описывается соотношением: z = xy (читается как "x и y"). 

Операция конъюнкции на функциональных схемах обозначается знаком “&” (читается как "амперсэнд"), являющимся сокращенной записью английского слова and. 

С х е м а   ИЛИ

Схема ИЛИ реализует дизъюнкцию двух или более логических значений. 

Когда хотя бы на одном входе схемы ИЛИ будет единица, на её выходе также будет единица. 

Условное обозначение схемы ИЛИ представлено на рис. 3.2. Знак “1” на схеме — от устаревшего обозначения дизъюнкции как ">=1" (т.е. значение дизъюнкции равно единице, если сумма значений операндов больше или равна 1). Связь между выходом z этой схемы и входами x и y описывается соотношением: z = x v y (читается как "x или y"). Таблица истинности — в табл. 3.2.


Рис. 3.2

Таблица 3.2 

x

y

x v y

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1



С х е м а   НЕ

Схема НЕ (инвертор) реализует операцию отрицания. Связь между входом x этой схемы и выходом z можно записать соотношением z = , где читается как "не x" или "инверсия х".

Если на входе схемы 0, то на выходе 1. Когда на входе 1, на выходе 0. Условное обозначение инвертора — на рисунке 3.3, а таблица истинности — в табл. 3.3.


Рис. 3.3


Таблица 3.3 

x



0

1

1

0



С х е м а   И - НЕ

Схема И-НЕ состоит из элемента И и инвертора и осуществляет отрицание результата схемы И.

Связь между выходом z и входами x и y схемы записывают следующим образом: , где читается как "инверсия x и y". 

Условное обозначение схемы И-НЕ представлено на рисунке 3.4. Таблица истинности схемы И-НЕ — в табл. 3.4.


Рис. 3.4

Таблица 3.4 

x

y



0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0



С х е м а   ИЛИ - НЕ

Схема ИЛИ-НЕ состоит из элемента ИЛИ и инвертора и осуществляет отрицание результата схемы ИЛИ.

Связь между выходом z и входами x и y схемы записывают следующим образом: , где , читается как "инверсия x или y". Условное обозначение схемы ИЛИ-НЕ представлено на рис. 3.5. 

Таблица истинности схемы ИЛИ-НЕ — в табл. 3.5. 


Рис. 3.5

Таблица 3.5 

x

y



0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0