№15 Классическая обобщенная структурная схема компьютера

Существует  с 1944г. Разработана Джорджем Фон Нейманом.

  УУ организует автоматическое выполнение программ и функционирование  вычислительной машины. Основная задача УУ - выработка управляющих сигналов и  распределение их по цепям управления.

АЛУ предназначено для выполнения арифметических и логических операций  над поступающими данными.

Память представляет собой массив запоминающих элементов,  организованных в виде запоминающих ячеек и способных хранить некоторую единицу  информации.

УВв преобразует входящую информацию в последовательность электрических  сигналов.

УВыв преобразует последовательность электрических сигналов в форму,  удобную для восприятия пользователем.

Вместе УУ и АЛУ образуют ЦП(центральный процессор).

Концепция Фон Неймановской архитектуры предусматривает единственность  АЛУ и одну основную память. Это обстоятельство существенно усложняет реализацию  параллельных алгоритмов.

№16 В процессе разработки программ с использованием структурного подхода можно выделять следующие этапы: 1.постановка задачи – определение требований к программному продукту; 2. анализ – осуществление формальной постановки задачи и определение методов ее решения;3. проектирование – разработка структуры программного продукта, выбор структур для хранения данных, построение и оценка алгоритмов подпрограмм и определение особенностей взаимодействия программы с вычислительной средой (другими программами, операционной системой и техническими средствами); 4.реализация – составление программы на выбранном языке программирования, ее тестирование и отладка. 5.модификация – выпуск новых версий программного продукта.

№17 Различают следующие режимы взаимодействия пользователя с ЭВМ: пакетный и интерактивный (запросный, диалоговый). Сами же ЭВМ могут функционировать в различных режимах: одно- и многопрограммном, разделении времени, реального времени, телеобработки. При этом предусматривается цель удовлетворения потребности пользователей в максимально возможной автоматизации решения разнообразных задач.

Пакетный режим был наиболее распространен в практике централизованного решения экономических задач, когда большой удельный вес занимали задачи управленческого анализа производственно-хозяйственной деятельности экономических объектов разного уровня управления.

Организация вычислительного процесса при пакетном режиме строилась без доступа пользователя к ЭВМ. Его функции ограничивались подготовкой исходных данных по комплексу информационно-взаимосвязанных задач и передачей их в центр обработки, где формировался пакет, включающий задание для ЭВМ на обработку, программы, исходные, нормативно-расценочные и справочные данные. Пакет вводился в ЭВМ и реализовывался в автоматическом режиме без участия пользователя и оператора, что позволяло минимизировать время выполнения заданного набора задач. При этом работа ЭВМ могла проходить в однопрограммном или многопрограммном режиме, что предпочтительнее, так как обеспечивалась параллельная работа основных устройств машины. В настоящее время пакетный режим реализуется применительно к электронной почте.

Интерактивный режим предусматривает непосредственное взаимодействие пользователя с информационно-вычислительной системой, может носить характер запроса (как правило, регламентированного) или диалога с ЭВМ.

Запросный режим необходим пользователям для взаимодействия с системой через значительное число абонентских терминальных устройств, в том числе удаленных на значительное расстояние от центра обработки. Такая необходимость обусловлена решением оперативных задач, какими являются, например, маркетинговые задачи, задачи перестановки кадров, задачи стратегического характера и т.п. ЭВМ в подобных случаях реализует систему массового обслуживания, работает в режиме разделения времени, при котором несколько независимых абонентов (пользователей) с помощью устройств ввода-вывода имеют в процессе решения своих задач непосредственный и практически одновременный доступ к ЭВМ. Этот режим позволяет дифференцированно в строго установленном порядке предоставлять каждому пользователю время для общения с ЭВМ, а после окончания сеанса отключать его.

Диалоговый режим открывает пользователю возможность непосредственно взаимодействовать с вычислительной системой в допустимом для него темпе работы, реализуя повторяющийся цикл выдачи задания, получения и анализа ответа. При этом ЭВМ сама может инициировать диалог, сообщая пользователю последовательность шагов (предоставление меню) для получения искомого результата.

Обе разновидности интерактивного режима (запросный, диалоговый) основываются на работе ЭВМ в режимах реального времени и телеобработки, которые являются дальнейшим развитием режима разделения времени. Поэтому обязательными условиями функционирования системы в этих режимах являются: во-первых, постоянное хранение в запоминающих устройствах ЭВМ необходимой информации и программ и лишь в минимальном объеме поступление исходной информации от абонентов и, во-вторых, наличия у абонентов соответствующих средств связи с ЭВМ для обращения к ней в любой момент времени.

№18 ???

№19 Итак, выделим ещё раз основные принципы, предложенные фон Нейманом: ·                   Принцип двоичного кодирования. Для представления данных и команд используется двоичная система счисления. ·                   Принцип однородности памяти. Как программы (команды), так и данные хранятся в одной и той же памяти (и кодируются в одной и той же системе счисления — чаще всего двоичной). Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. ·                   Принцип адресуемости памяти. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. ·                   Принцип последовательного программного управления. Все команды располагаются в памяти и выполняются последовательно, одна после завершения другой. ·                   Принцип условного перехода. Команды из программы не всегда выполняются одна за другой. Возможно присутствие в программе команд условного перехода, которые изменяют последовательность выполнения команд в зависимости от значений данных. (Сам принцип был сформулирован задолго до Джона фон Неймана Адой Лавлейс и Чарльзом Бэббиджем, однако он логически включен в фон-неймановский набор как дополняющий предыдущий принцип.)

№20 Джон фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру, которая воспроизводилась в течение первых двух поколений ЭВМ. Основными блоками по Нейману являются устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ), обычно объединяемые в центральный процессор, в который также входит набор регистров общего назначения  (РОН) – для промежуточного хранения информации в процессе ее обработки; память, внешняя память, устройства ввода и вывода. Следует отметить, что внешняя память отличается от устройств ввода и вывода тем, что данные в нее заносятся в виде, удобном компьютеру, но недоступном для непосредственного восприятия человеком.

№21 архитектура [architecture] -

По отношению к ЭВМ - Общий принцип построения и организации работы, включая определение функционального состава основных узлов и блоков, а также структуры управляющих и информационных связей между ними, обеспечивающих реализацию заданных целей и характеристик.

По отношению к вычислительным сетям понятие “архитектура” включает также протоколы и интерфейсы, требуемые для реализации связи, форматы данных и процедуры их передачи по сети.

Открытая архитектура [open architecture ] - Архитектура, допускающая сборку, усовершенствование и ремонт ЭВМ по ее составным элементам - модулям. Указанный принцип построения широко используется в конструкции ПЭВМ. В частности, при производстве т.н. IBM-совместимых (или Intel-совместимых) ПК.

Параллельная архитектура [fat node architecture] - Архитектура, предусматривающая одновременное (“параллельное”) выполнение вычислительных процессов. Используется при построении ЭВМ разных классов в т.ч. и суперЭВМ, имеющих в своей конструкции несколько мощных процессоров (см. также “многопроцессорная ЭВМ ”).

КОНФИГУРАЦИЯ [configuration] -

По отношению к ЭВМ - Особенности ее конструкции, включая архитектуру, состав и характеристики основных ее составных частей и вспомогательных (периферийных) средств, а также организацию связей между ними. Характер конфигурации ПЭВМ как при их проектировании, так и выборе, определяется составом и сложностью задач, на которые они рассчитаны, включая требования, предъявляемые соответствующими средствами программного обеспечения . Понятие минимальная конфигурация ПЭВМ ( ПК ) обычно связывается с конкретным типом центрального процессора, стандартными или минимальными для него размерами внутренней и внешней памяти , клавиатурой и монитором. Подробнее о конфигурации современных ПЭВМ см. далее в разделе 3.3. — “Персональные ЭВМ”.

№22 Регистр процессора — блок ячеек памяти, образующий сверхбыструю оперативную память (СОЗУ) внутри процессора; используется самим процессором и большой частью недоступен программисту: например, при выборке из памяти очередной команды она помещается в регистр команд (англ.), к которому программист обратиться не может.

Имеются также регистры, которые в принципе программно доступны, но обращение к ним осуществляется из программ операционной системы, например, управляющие регистры и теневые регистры дескрипторов сегментов. Этими регистрами пользуются в основном разработчики операционных систем.

Существуют также так называемые регистры общего назначения (РОН), представляющие собой часть регистров процессора, использующихся без ограничения в арифметических операциях, но имеющие определенные ограничения, например в строковых. РОН, не характерные для эпохи мейнфреймов типа IBM/370^[1] стали популярными в микропроцессорах архитектуры X86 — i8085, i8086 и последующих^[2].