Фон-неймановская архитектура ЭВМ

ЭВМ классической (фон-неймановской) архитектуры состоит из пяти основных функциональных блоков (рис. 1):

• запоминающего устройства (ЗУ);

• устройства управления;

• устройств управления и арифметически-логического устройства, рассматриваемых вместе и называемых центральным процессором;

• устройства ввода;

• устройства вывода.

В фон-неймановской архитектуре для обработки огромного объема информации (миллиарды байт) используется один процессор. Связь с данными осуществляется через канал обмена. Ограничения пропускной способности канала и возможностей обработки в центральном процессоре приводят к тупиковой ситуации при нечисловой обработке в случае увеличения объемов информации. Для выхода из тупика было предложено два основных изменения в архитектуре ЭВМ:

• использование параллельных процессоров и организация параллельной обработки;

• распределенная логика, приближающая процессор к данным и устраняющая их постоянную передачу.

Другой недостаток фон-неймановской архитектуры связан с организацией процесса обращения к ЗУ, осуществляемого путем указания адреса для выборки требуемого объекта из памяти. Это приемлемо для числовой обработки, но при нечисловой обработке обращение должно осуществляться. по содержанию (ассоциативная адресация). Поскольку для нечисловой обработки в основном используется та же архитектура, необходимо было найти способ организации ассоциативного доступа. Он осуществляется путем создания специальных таблиц (справочников) для перевода ассоциативного запроса в соответствующий адрес. При такой организации обращения к ЗУ, называемом эмуляцией ассоциативной адресации, в случае работы с большими объемами информации резко падает производительность ЭВМ. Это связано с тем, что нечисловая обработка это не только просмотр, но и обновление данных.

Для преодоления ограничений организации памяти были предложены ассоциативные запоминающие устройства.

Таким образом, ЭВМ для нечисловой обработки должна удовлетворять следующим требованиям: ассоциативность, параллелизм, обработка в памяти. Кроме этого на более высоком уровне к архитектуре предъявляются следующие требования:

· перестраиваемость параллельных процессоров и запоминающих устройств;

· сложные топологии соединений между процессорами;

· мультипроцессорная организация, направленная на распределение функций.

Перечисленные выше ограничения и требования были реализованы в машинах баз данных (МБД).