Презентация "Информационные процессы в компьютере. Архитектура вычислительных систем" 10 класс
Подписи к слайдам:
10 класс
Из курса основной школы нам известно:
Компьютер(ЭВМ) – автономное, программно-управляемое устройство для работы с информацией.
В состав компьютера входят устройства памяти(хранение данных, программ), процессор(обработка информации),устройства ввода/вывода(прием/передача информации)
В 1946 году Джоном фон Нейманом были сформулированы основные принципы устройства ЭВМ, которые называют фон – неймановской архитектурой
Серийное производство ЭВМ начинается в разных странах в 1950 –х годах. Историю развития ЭВМ принято делить на поколения Переход от одного поколения к другому связан со сменой элементной базы, на которой создавались машины, с изменением архитектуры ЭВМ, с развитием основных технических характеристик (скорости вычислений, объёма памяти и др.), с изменением области применения и способов эксплуатации машин.Компьютеры 1 поколения
Компьютеры 2 поколения
Компьютеры 3 поколения
Компьютеры 4 поколения
Под архитектурой ЭВМ понимаются наиболее общие принципы построения компьютера, реализующие программное управление его работой и взаимодействие основных функциональных узлов.
В основе архитектуры ЭВМ разных поколений лежат принципы
Джона фон Неймана.
Однопроцессорная архитектура ЭВМ- Согласно принципам фон Неймана, исполняемая программа хранится во внутренней памяти – в ОЗУ. Там же находятся данные, с которыми работает программа. Каждая команда программы и каждая величина занимают определенные ячейки памяти.
- При однопроцессорной архитектуре ЭВМ, процессор отдав команду внешнему устройству, ожидает завершения её выполнения. При большом числе обращений к внешним устройствам может оказаться, что большую часть времени выполнения программы процессор «простаивает» и, следовательно его КПД оказывается низким. Быстродействие ЭВМ с такой архитектурой находилось в пределах 10-20 тысяч операций в секунду (оп./с).
- Следующий шаг в развитии архитектуры ЭВМ – отказ от однопроцессорного устройства. На последних моделях машин II поколения, помимо центрального процессора (ЦП), выполнявшего обработку данных, присутствовали периферийные процессоры, которые назывались каналами ввода/вывода. Их задача – в автономном управлении устройствами ввода/вывода и внешней памяти, что освобождало от этой работы центральный процессор. В результате КПД ЦП возрос. Быстродействие некоторых моделей с такой архитектурой составляло от 1 до 3 млн. оп./с.
- Математические расчёты, лежащие в основе реализации математических моделей многих процессов. Гигантские вычислительные ресурсы, которые нужно реализовать очень быстро, необходимы для более надежного и долгосрочного прогноза погоды, для решения аэрокосмических задач, для решения инженерных задач.
- Поиск информации в гигантских БД.
- Моделирование интеллекта – при всех фантастических показателях, объем оперативной памяти современных компьютеров составляет лишь малую долю объема памяти человека. Быстродействие компьютера с одним ЦП имеет физическое ограничение: повышение тактовой частоты процессора ведет к повышению тепловыделения, которое не может быть неограниченным.
Перспективный путь повышения производительности компьютера
Лежит на пути отказа от единственности главных устройств компьютера:
либо процессора, либо оперативной памяти, либо шины, либо всего этого
вместе. Это путь ещё большего отступления от архитектуры фон Неймана.
Чтобы было понятнее, зачем компьютеру несколько процессоров, обсудим
алгоритм решения простейшей математической задачи:
Есть массив из 100 чисел: а1, а2, … а100. Требуется найти их сумму.
Нет ничего проще! И на компьютере и без него мы поступим так: сложим
первые два числа, как –то как то обозначим эту сумму( например, S), затем
прибавим к ней третье, и будем делать это 98 раз. Это пример
последовательного вычислительного процесса. Это его блок-схема
Это очень длительный процесс и мы будем решать задачу не в одиночку, а всем классом Что надо изменить в устройстве компьютера, чтобы он смог так работать?- Для реализации подобной схемы вычислений компьютеру потребуется 25 процессоров, объединенных в одну архитектуру и способных работать параллельно. Такие многопроцессорные вычислительные комплексы – реальность сегодняшнего времени. Но вернемся к описанной выше последовательности действий – в ней есть источники проблем.
- Представим, что в схеме мы дорисовали ещё 24 ЦП, соединенных шиной. В этом случае при реализации команды 3 произойдет одновременное обращение 25 процессоров к центральной шине для пересылки результатов сложения в оперативную память. Но шина одна, числа в ней могут передаваться по одному, значит будет очередь на передачу чисел в память. Вопросы:
- Не сведет ли к нулю эта очередь все преимущества от параллельности выполнения операций в шаге 2?
- Если преимущества останутся, то насколько они велики?
- Окупятся ли расходы на 24 дополнительных процессора? Выход- ввод в архитектуру нескольких системных шин, а может и нескольких устройств оперативной памяти Обсуждаемые изменения приводят к «ненеймановской» архитектуре.
- Отказ от последовательного выполнения операций.
- Параллельное программирование: распределение вычислений – способ реализации параллельных вычислений путем использования множества компьютеров, объединенных в сеть (их называют мультикомпьютерными)
- Мультипроцессорные системы – образуют единый компьютер, который относится к классу суперкомпьютеров. Достижение параллелизма в них происходит благодаря возможности независимой работы отдельных устройств и их дублирования: несколько процессоров, несколько блоков оперативной памяти, шин и т.д.
Самый мощный в мире суперкомпьютер «Ломоносов», произведен в
России и работает в Московском государственном университете
Реферат «Архитектура персонального компьютера»- Реферат «Архитектура персонального компьютера»
- Презентация «Суперкомпьютеры и их применение»
- Презентация «Архитектура машин пятого поколения»
Информатика - еще материалы к урокам:
- Практическая работа "Системное ПО. Операционные системы" 8 класс
- Контрольная работа "Человек и информация. Первое знакомство с компьютером" 8 класс
- Практическая работа "Создание векторных графических изображений в MS Word" 8 класс
- Практическая работа "Работа с таблицами в текстовом документе" 8 класс
- Итоговый тест по дисциплине "Информатика и ИКТ в профессиональной деятельности"
- Практическая работа "Форматирование текста" 8 класс