ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ЭВМ

Обработка чисел, символьной информации, логическая обработка, обработка сигналов - это все частные случаи общего понятия над названием «обработка информации». Для ЭВМ характерен признак: информация представляется с помощью двоичных целых чисел. Существует три этапа обработки информации:

- хранение двоичной информации;

- передача от одного хранилища к другому;

- преобразование.

Можно представить ЭВМ как совокупность узлов, соединенных каналом связи. Узлы соединяют в себе функции хранения и преобразования. По каналам связи передается информация от узла к узлу. Мы будем говорить о потоках информации в каналах связи (рис. 23). Некоторые узлы могут иметь специальную функцию ввода информации в систему и вывода из нее.

Показанная модель не имеет ограничений на связи между отдельными узлами. Реализовать такую систему весьма сложно. Реально существующие системы имеют ряд ограничений на связи и четкое функциональное определение отдельных узлов. Функции отдельного узла могут зависеть от его состояния. Состояние узла описывается значениями его внутренних полей (регистров), может определяться процессом его функционирования или задаваться извне. Будем называть состояние узла его режимом. Физически режим может определяться значением регистра узла. Тогда установить режим узла означает присвоить регистру определенное значение.

По каналам связи узлы могут обмениваться либо значащей информацией (сообщениями), либо управляющей. Под сообщениями будем понимать последовательности двоичных цифр, сохраняемые или обрабатываемые узлом. Управляющая информация определяет режимы узлов и каналов связи.

Информационная модель позволяет определить основные характеристики ЭВМ.

1. Узлы хранения имеют

· вместимость - максимальную, среднюю или минимальную;

· скорость выборки;

· разрядность выборки.

2. Преобразующие узлы имеют скорость преобразования.

3. Каналы определяются

· скоростью передачи информации (пропускная способность);

· разрядностью передачи.

Из множества возможных соединений отбираются несколько типовых схем, обеспечивающих простоту, возможность реконфигурации (расширения), надежность, стандартизацию и т.д. Можно отметить схемы (рис. 24):

· с шинной организацией;

· специализированные процессоры (каналы);

· схемы с коммутацией;

· архитектуры с распределенными функциями (распределенный интеллект);

· конвейерная организация.

Попытаемся определить некоторые частные модели ЭВМ, имеющие широкое распространение или представляющие теоретический интерес.

Шинная организация.В этой схеме все устройства симметрично подсоединяются к одному каналу, называемому общей шиной. Симметрия подключения гарантирует свободное подключение новых устройств, т.е. теоретически неограниченное развитие системы. Некоторые узлы могут иметь специфические свойства. Например, процессор, оперативная память, внешние накопители данных. Между ними организуется обмен информации. Т.к. потоки информации ограничены возможностями одного канала, эта схема имеет принципиальные ограничения скорости работы.

Канальная огранизация.В этой схеме все операции обмена данными с внешними устройствами организуются через специализированный узел - канал ввода - вывода. Благодаря этому можно организовывать обработку информации параллельно с вводом - выводом. Подробнее ЭВМ с каналами описаны в прилож. 2.

Организация с перекрестной коммутацией.Идея структурной организации таких ЭВМ заключается в том, что все связи между узлами осуществляются с помощью специального устройства - коммутирующей матрицы. Коммутирующая матрица может связывать между собой любую пару узлов, причем таких пар может быть сколько угодно - связи не зависят друг от друга. В такой схеме нет конфликтов из-за связей, есть конфликты только из-за ресурсов. Возможность одновременной связи нескольких пар устройств позволяет достичь очень высокой производительности комплекса.

Архитектура с распределенными функциями являлась основной идеей японского проекта ЭВМ пятого поколения. В настоящее время эта идея осталась нереализованной. Суть идеи заключается в том, что обработка информации распределяется по “интеллектуальным” периферийным устройствам. Переход от ЭВМ четвертого поколения к ЭВМ пятого поколения намечалось осуществить не за счет существенного изменения элементной базы (как было ранее), а за счет резкого качественного изменения сложности и интеллектуальности различных компонент ЭВМ.

Конвейерная организация -обрабатывающее устройство разделяется на последовательно включенные операционные блоки, каждый из которых специализирован на выполнение строго определенной части операции. При этом работа осуществляется следующим образом: когда i-й операционный блок выполняет i-ю часть j-й операции, (i-1)-й операционный блок выполняет (i-1)-ю часть (j+1)-й операции, а(i+1)-й операционный блок выполняет (i+1)-ю часть (j-1)-й операции. В результате образуется своего рода конвейер обработки и за счет этого повышается производительность системы.