Структура вычислительной машины

В настоящее время практически в равной степени распространены два основных способа построения ВМ:

1. ВМ с непосредственными связями (см. рис. машины Фон-Неймана)

2. ВМ на основе шины.

Типичным представителем структуры с непосредственными связями является Фон-Неймановская машина.

В ней между взаимодействующими узлами имеются непосредственные связи (показанные стрелочками). Особенностями этих связей являются:

• виды передаваемой информации

• способы обмена и его интенсивность

Достоинством такой структуры является возможность такой компоновки этих связей, в которой практически будут отсутствовать узкие места сказывающиеся на общем быстродействии машины.

Однако, к недостаткам можно отнести, факт наличия узкого места в таком канале, который нельзя развести или перенаправить каким либо иным маршрутом.

У машины Фон-Неймана узким местом является канал процессор- память или канал пересылки данных между центральным процессором и памятью, по которому процессор общается не только с памятью, но и с другими устройствами ВМ.

В случае структуры с общей шиной абсолютно все устройства ВМ подключаются к общей магистральной шине.

Единая шина служит для передачи всех видов информации, как самих данных, так и команд их обработки, так же команд управления.

Явным преимуществом такой структуры является простота организации ВМ. Поскольку очень легко изменять состав или конфигурацию устройств в ней.

Недостатком является факт того, что в каждый момент времени, лишь одно устройство может передавать информацию по общей шине.

Статистические исследования доказывают, что до 90% нагрузки на общую шину, создает канал процессор – память. Поскольку практически непрерывно, из памяти извлекаются команды и данные или в память записываются результаты выполнения команд.

В целом при сохранении Фон-Неймановской концепции последовательного выполнения команд программы, шинная архитектура в чистом виде оказалась недостаточно эффективной.

В современных ВМ более распространена архитектура с иерархией шин. Когда кроме магистральной шины имеется ряд специализированных, обеспечивающих взаимодействие устройств в специализированной шине с последующим её выводом на магистральную.

Эти меры способствовали уменьшению нагрузки на общую шину и использование её пропускной способности более эффективно.

Структура вычислительной системы

А)

Б)

Понятие вычислительной системы - множество процессоров или законченных ВМ, при объединении которых используется один из 2 подходов:

1. В вычислительных системах с общей памятью, имеется общая основная память, совместно используемая всеми процессорами системы. Связь процессоров с памятью осуществляется, через специализированную коммуникационную сеть, чаще всего вырождающуюся в общую шину. В какой то мере, такая структура ВС, аналогична рассмотренной архитектурой ВМ с общей шиной, поэтому в целом ей присущи те же недостатки. Однако преимуществом является возможность обмена информацией между процессорами, не связную с дополнительными операциями, а так же обеспечивается за счет доступа к общим областям памяти.

2. Распределенная ВС. В которой общая память вообще отсутствует, а каждый процессор обладает собственной локальной памятью. Часто в такие системы объединяют отдельные ВМ. Обмен информации в такой ВС, между составляющими обеспечиваются средствами коммуникационной сети, такое построение ВС практически снимает ограничения свойственные для общей шины, но при этом увеличиваются дополнительные издержки, связанные с обменом информации между любой парой устройств составляющей ВС.