Структура и состав ПЭВМ и их технические характеристии

Под элементарной операцией понимается любая простейшая операция типа сложения, пересылки, сравнения и т. д. С другой стороны, быстродействие ПЭВМ существенно зависит от организации ее памяти. Время, затрачиваемое на поиск необходимой информации в памяти, заметно сказывается на быстродействии ПЭВМ.

В зависимости от области применения выпускаются ПЭВМ с быстродействием от нескольких сотен тысяч до миллиардов операций в секунду. Для решения сложных задач возможно объединение нескольких ЭВМ в единый вычислительный комплекс с требуемым суммарным быстродействием.

Наряду с быстродействием часто пользуются понятием производительность.

Если первое обусловлено, главным образом, используемой в ЭВМ системой элементов, то второе — с ее архитектурой и разновидностями решаемых задач.

Производительность процессора связана со скоростью выполнения им программного кода. Собственно, именно таким образом и трактуется производительность процессора (Performance), под которой понимают скорость выполнение им инструкций программного кода (Instruction Per Second, IPS) или количество инструкций, выполняемых в единицу времени (за одну секунду). Если попытаться записать данное определение в виде математической формулы, то получится следующее:

Как известно, процессор работает на определенной тактовой частоте, которая является одной из его важнейших технических характеристик. За каждый такт, то есть промежуток времени, обратный тактовой частоте, процессор выполняет определенное количество инструкций. Поэтому вместо количества инструкций программного кода, выполняемых за единицу времени, удобнее рассматривать количество инструкций программного кода, выполняемых за один такт процессора (Instruction Per Clock, IPC.

Переписав выражение для производительности процессора в виде произведения количества инструкций, выполняемых за один такт процессора, на количество тактов процессора за единицу времени (тактовая частота процессора, F), получим:

Как видно, производительность процессора прямо пропорциональна как тактовой частоте, так и количеству инструкций, выполняемых за один такт. Из этой формулы также следует, что существует два принципиально разных подхода к увеличению производительности процессора. Первый из них заключается в увеличении тактовой частоты, а второй — в увеличении IPC.

Один из способов создать энергоэффективный процессор — это переход от одноядерной процессорной архитектуры к многоядерной. Дело в том, что многоядерные процессоры позволяют повышать производительность именно за счет увеличения IPC, то есть количества инструкций программного кода, обрабатываемых за каждый такт работы процессора. Зависимость прироста производительности от числа ядер процессора показана на Рис. 2.

1. В идеале при переходе от одноядерной архитектуры процессора к двухъядерной можно сохранить тот же уровень производительности, снизив тактовую частоту каждого из ядер почти вдвое.

Рис. 2.1 Зависимость прироста производительности от числа ядер процессора.

Даже для одного ЭВМ такая характеристика, как быстродействие, не является величиной постоянной. В связи с этим различают:

пиковое быстродействие, определяемое тактовой частотой процессора без учета обращения к оперативной памяти;

номинальное быстродействие, определяемое с учетом времени обращения к оперативной памяти;

системное быстродействие, определяемое с учетом системных издержек на организацию вычислительной процесса;

эксплуатационное, определяемое с учетом характера решаемых задач (состав, операций или их «смеси»).

Емкость памяти Емкость, или объем памяти определяется максимальным количеством информации, которое можно разместить в памяти ПЭВМ. Обычно емкость памяти измеряется в байтах. Как уже отмечалось, память ЭВМ подразделяется на внутреннюю и внешнюю. Внутренняя, или оперативная память, по своему объему у различных классов машин различна и определяется системой адресации ЭВМ. Емкость внешней памяти из-за блочной структуры и съемных конструкций накопителей практически неограниченна.

Точность вычислений Точность вычислений зависит от количества разрядов, используемых для представления одного числа. Современные ПЭВМ комплектуются 32- или 64-разрядными микропроцессорами, что вполне достаточно для обеспечения высокой точности расчетов самых разнообразных приложениях. Однако, если этого мало, можно использовать удвоенную или утроенную разрядную сетку.

Система команд — это перечень команд, которые способен выполнить процессор ПЭВМ. Система команд устанавливает, какие конкретно операции может выполнять процессор, сколько операндов требуется указать в команде, какой вид (формат) должна имеет команда для ее распознания. Количество основных разновидностей команд невелико, с их помощью ЭВМ способны выполнять операции сложения, вычитания, умножена деления, сравнения, записи в память, передачи числа из регистра в регистр, преобразования из одной системы счисления в другую и т. д. При необходимости выполняете модификация команд, учитывающая специфику вычислений. Обычно в ЭВМ используется от десятков до сотен команд (с учетом их модификации). На современном этап развития вычислительной техники используются два основных подхода при формировании системы команд процессора. С одной стороны, это традиционный подход, связанный с разработкой процессоров с полным набором команд, — архитектура CIS. С другой стороны, это реализация в ЭВМ сокращенного набора простейших, но часто употребляемых команд, что позволяет упростить аппаратные средства процессора и повысить его быстродействие — архитектура RISC.

Надежность ПЭВМ Надежность ПЭВМ — это способность машины сохранять свои свойства при заданных условиях эксплуатации в течение определенного промежутка времени. Количественной оценкой надежности ПЭВМ, содержащей элементы, отказ которых приводит к отказу всей машины, могут служить следующие показатели:

вероятность безотказной работы за определенное время при данных условиях эксплуатации;

наработка ПЭВМ на отказ;

среднее время восстановления машины и др.

Для более сложных структур типа вычислительного комплекса или системы понятие «отказ» не имеет смысла. В таких системах отказы отдельных элементов приводят к некоторому снижению эффективности функционирования, а не к полной потере работоспособности в целом.

Важное значение имеют и другие характеристики вычислительной техники, например: универсальность, программная совместимость, вес, габариты, энергопотребление и др. Они принимаются во внимание при оценивании конкретных сфер применения ПЭВМ.

Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия — СПб: Издательство «Питер», 2000;

Пресс Б. Ремонт и модернизация ПК. Библия пользователя. — К., М., СПб.: «Диалектика», 1999;

Томпсон Р., Томпсон Б. Железо ПК. 2-е изд. — СПб.: Издательство «Питер», 2003.

Сергей Пахомов. Эра многоядерных энергоэффективных процессоров. Журнал «Компьютер

Пресс" № 12, 2006.

Электронно-вычислительная машина

Персональная электронно-вычислительная машина.

CPU, от англ. Central Processing Unit.

от 8 Кбайт до 2 Мбайт.

ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory — память с произвольным доступом.

ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory — память только для чтения.

Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода.

англ. HDD — Hard Disk Drive

Complete Instruction Set Computer — компьютер с полным набором команд.

Reduced Instruction Set Computer — компьютер сокращенным набором команд.

— 20 —

ФИО Структура и состав ПЭВМ и их технические характеристики

Структура и состав ПЭВМ и их технические характеристики. doc

Дата создания 23.

11.2008 20:37:00

p — это инструкции, являющиеся программно независимыми друг от друга, которые могут выполняться одновременно на всех ядрах процессора.

Процессор

ОП Контроллер

Контроллер

КПД

Таймер

ВнУ

ВнУ

((((

Шина

((((