Функциональные характеристики ПЭВМ

2.1.4       Функциональные характеристики ПЭВМ

Основными характеристиками ПК являются:

1. Быстродействие, производительность, тактовая частота. Единицами измерения быстродействия служат:

−    МИПС (MIPS – Mega Instruction Per Second) – миллион операций над числами с фиксированной запятой (точкой);

−    МФЛОПС (MFLOPS – Mega FLoating Operations Per Se-cond) – миллион операций над числами с плавающей запятой (точкой);

−    КОПС (KOPS – Kilo Operations Per Second) – для низкопроизводительных ЭВМ тысяча неких усредненных операций над числами.

Оценка производительности ЭВМ всегда приблизительная, ибо при этом ориентируются на некоторые усредненные или, наоборот, конкретные виды операций. Реально при решении различных задач используются и различные наборы операций, поэтому для характеристики ПК вместо производительности обычно указывают тактовую частоту, более объективно определяющую быстродействие машины, так как каждая операция требует для своего выполнения вполне определенного количества тактов. Зная тактовую частоту, можно достаточно точно определить время выполнения любой машинной операции.

2. Разрядность машины и кодовых шин интерфейса.

Разрядность – это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция, в том числе и операция передачи информации; чем больше разрядность, тем, при прочих равных условиях, будет больше и производительность ПК.

3. Типы системного и локальных интерфейсов.

Разные типы интерфейсов обеспечивают разные скорости передачи информации между узлами машины, позволяют подключать разное количество внешних устройств и различные их виды.

4. Емкость оперативной памяти.

Емкость оперативной памяти измеряется чаще всего в мегабайтах (Мбайт), реже в килобайтах (кбайт): 1 Мбайт = 1024 кбайт = = 1024² байт.

Многие современные прикладные программы при оперативной памяти емкостью меньше 8 Мбайт просто не работают либо работают, но очень медленно.

Следует иметь в виду, что увеличение емкости основной памяти в 2 раза помимо всего прочего дает повышение эффективной производительности ЭВМ при решении сложных задач примерно в 1,7 раза.

5. Емкость накопителя на жестких магнитных дисках (винчестера) измеряется обычно в мегабайтах или гигабайтах (1 Гбайт = = 1024 Мбайт).

6. Тип и емкость накопителей на гибких магнитных дисках.

В настоящее время применяются в основном накопители на гибких магнитных дисках, использующие дискеты диаметром 3,5 дюйма (1 дюйм = 25,4 мм) и емкостью 1,44 Мбайт.

7. Виды и емкость кэш-памяти.

Кэш-память – это буферная, не доступная для пользователя быстродействующая память, автоматически используемая компьютером для ускорения операций с информацией, хранящейся в более медленно действующих запоминающих устройствах. Например, для ускорения операций с основной памятью организуется регистровая кэш-память внутри микропроцессора (кэш-память первого уровня) или вне микропроцессора на материнской плате (кэш-память второго уровня); для ускорения операций с дисковой памятью организуется кэш-память на ячейках электронной памяти.

Следует иметь в виду, что наличие кэш-памяти емкостью 256 кбайт увеличивает производительность ПК примерно на 20 %.

8. Тип видеомонитора (дисплея) и видеоадаптера.

9. Тип принтера.

10. Наличие математического сопроцессора.

Математический сопроцессор позволяет в десятки раз ускорить выполнение операций над двоичными числами с плавающей запятой и над двоично-кодированными десятичными числами.

11. Имеющееся программное обеспечение и вид операционной системы.

12. Аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ, означающая возможность использования на компьютере тех же технических элементов и программного обеспечения, что и на других типах машин соответственно.

13. Возможность работы в вычислительной сети.

14. Возможность работы в многозадачном режиме. Этот режим позволяет выполнять вычисления одновременно по нескольким программам (многопрограммный режим) или для нескольких пользователей (многопользовательский режим). Совмещение во времени работы нескольких устройств машины, возможное в таком режиме, позволяет значительно увеличить эффективное быстродействие ЭВМ.

15. Надежность.

Надежность – это способность системы выполнять полностью и правильно все заданные ей функции. Она измеряется обычно средним временем наработки на отказ.

16. Стоимость.

17. Габариты и масса.

2.2   Микропроцессоры

Появление и развитие ЭВМ в мировой практике связано с бурным прогрессирующим совершенствованием элементной базы цифровой электроники. К настоящему времени человеческая мысль создала и освоила четыре поколения ЭВМ. На очереди появление ЭВМ пятого поколения – машин искусственного интеллекта.

С начала 70-х гг. в развитии вычислительной техники определились два параллельных и взаимодействующих направления:

−    разработка ЭВМ с фиксированной структурой и системой команд на основе интегральных микросхем (ИМС) средней и большой степени интеграции;

−    разработка семейства микропрограммируемых больших интегральных схем (БИС), обеспечивающих создание процессоров ЭВМ различной архитектуры.

Такие микропрограммируемые БИС стали называться микропроцессорами (МП). Первое сообщение о разработке МП опубликовано фирмой INTEL (США) в 1971 гг.

Появление микропроцессоров привело к освоению принципиально новых направлений в разработке и применении компьютерной техники.

К концу 70-х гг. наметился некоторый отход науки от проблем создания высокопроизводительных универсальных ЭВМ, имеющих значительную стоимость, внушительные весогабаритные показатели, большое энергопотребление и материалоемкость, к проблемам освоения микропроцессорной техники. Микропроцессоры стали массовой продукцией электронной промышленности.

Создание МП по праву считается одним из крупнейших достижений современной микроэлектроники.

Микропроцессором называется программно-управляемое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления этим процессом, реализованное в виде одной или нескольких БИС – сверхбольших БИС (СБИС).

Преимущества МП:

1. Низкое энергопотребление.

2. Малая материалоемкость.

3. Высокая технологичность и надежность.

4. Широкие функциональные возможности.

5. Гибкость и точность цифровой обработки сигналов при постоянно снижающейся стоимости.

Все это стало причиной и следствием внедрения МП в самые разнообразные сферы человеческой деятельности. Они являются теми системными элементами, на основе которых создаются устройства промышленной автоматики, связи, измерительной техники и устройства управления бытовой автоматикой, другой аппаратурой различного назначения.

С появлением МП стало возможным создание мобильных высокоэффективных специализированных микроЭВМ, профессиональных и персональных компьютеров.

МП является базовым элементом, обладающим всеми свойствами процессора ЭВМ, но в микроминиатюрном исполнении.

Преимущества микропроцессоров по сравнению с процессорами ЭВМ позволили приблизить средства обработки информации к ее источникам, а средства управления – к местам приложения управляющих воздействий.

В последнее время МП стали проникать в аппаратные средства связи. На их основе реализуются специализированные бортовые ЭВМ комплексов РРС и ТРС, аппаратных управления узлами связи и системой связи, кроссовыми аппаратными опорных УС, а также измерительная и диагностирующая аппаратура.

Внедрение микропроцессоров в системы управления и связи позволили существенно улучшить их функциональную надежность, помехоустойчивость, быстродействие и другие эксплуатационные показатели. Применение МП в РЭС позволило широко использовать принципы программируемой логики, заключающейся в том, что все преобразования информации осуществляются по программе, записанной в памяти и реализующей заданный алгоритм функционирования РЭС.

Внедрение микропроцессоров в технические системы привело к революции не только в технологии микроэлектроники, но и в мышлении современного инженера, поскольку проектирование и эксплуатация систем с МП требует качественно нового подхода.

Видоизменились задачи подготовки специалистов связи, от которых теперь требуются знания и в области функционирования микропроцессоров, и в области их программирования.

2.3.1 Типы и структура микропроцессоров

2.3.1.1 Основные характеристики МП

1. Разрядность. Под ней понимается стандартная длина слова, с которым оперируют составные части МП.

МП бывают с фиксированной и с изменяемой разрядностью слова. При фиксированной разрядности наиболее распространены МП с длиной слова 8 и 16 бит. Во втором случае возможно построение 8-, 16-, 24-, 32-разрядных МП из секций разрядностью 2, 4 и 8.

2. Производительность. Определяется временем решения ряда тестовых задач и зависит от быстродействия выполнения простых операций.

3. Система команд является отличительным признаком для любого МП. Она отражает функциональные возможности устройства. Система команд МП может содержать как малое число команд (восемь), так и большое число (до двухсот) основных команд. Состав команд не является нормализованным.

4. Объем адресуемой памяти характеризует информационные возможности МП и к настоящему времени достигает сотен гигабайт, что было доступно ранее только универсальным ЭВМ.

2.3.1.2 Типовая структура микропроцессора

Типовая структура МП (рис. 2.10):

−    арифметико-логическое устройство (АЛУ);

−    блок внутренних регистров;

−    устройство управления;

−    внутренняя шина данных – для передачи данных между этими блоками.

Назначение составных частей микропроцессора:

1.  Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет одну из главных функций МП: обработку данных. Перечень функций АЛУ зависит от типа МП. Они определяют архитектуру МП в целом. В большинстве МП перечень функций АЛУ ограничивается функциями сложения, вычитания, логическими операциями: и, или, не, исключающее или, сдвиг вправо или влево, положительные и отрицательные приращения.

Рис. 2.10. Структурная схема микропроцессора 8086/8088

2.  Важная составная часть МП – регистры, каждый из которых можно использовать для хранения одного слова данных. Часть регистров имеет специальное назначение, другая – многоцелевое. Последние регистры называются регистрами общего назначения (РОН) и могут использоваться программистами по их усмотрению.

Назначение основных регистров

Аккумулятор – это главный регистр МП. Большинство операций выполняется с использованием только АЛУ и аккумулятора, в котором размещается одно из слов, участвующих в операции, а также результат операции. Аккумулятор используется для передачи данных из одной части МП в другую, например, из порта ввода-вывода в память, между двумя областями памяти и т. д.

В аккумуляторе МП могут выполняться некоторые действия непосредственно над данными. Это операции очистки или установки всех единиц, инверсии и сдвигов. Данные в него поступают с внутренней шины данных МП. Количество разрядов аккумулятора соответствует разрядности МП. Однако в ряде случаев аккумуляторы имеют двойную длину разрядов. Дополнительные разряды используются для размещения данных, появляющихся при выполнении некоторых арифметических операций. Так, при умножении двух 8-битовых слов результат – 16-битовый, он полностью размещается в аккумуляторе.

Счетчик команд – один из наиболее важных регистров МП.

Программа – это последовательность команд, хранимых в памяти ЭВМ и предназначенных для управления действиями машины. Для корректного выполнения программы команды должны поступать в строго определенном порядке. Когда МП начинает работать, то по команде начальной установки в счетчик команд загружаются данные из памяти – адрес, указывающий на первую команду программы. Этот адрес посылается по адресной шине к схемам управления памятью, откуда считывается команда по данному адресу и пересылается в регистр команд.

Регистр команд хранит команду во время ее дешифрования и выполнения. Входные данные поступают в этот регистр из памяти по мере последовательной выборки команд. Кроме того, в регистр команд данные могут быть записаны с помощью пульта управления ЭВМ.

Регистр адреса памяти указывает адрес в области памяти, подлежащей использованию микропроцессором. Выход этого регистра называется адресной шиной и используется для выбора области памяти или порта ввода-вывода.

В течение выборки команды из памяти регистры адреса памяти и счетчика команд имеют одинаковое содержимое. После декодирования команды счетчика команд в нем производится приращение в отличие от регистра адреса.

Буферный регистр предназначен для временного хранения данных.

Регистр состояния предназначен для хранения результатов некоторых проверок, осуществляемых в ходе выполнения программы. Его разряды содержат информацию, по которой проверяется естественная последовательность выполнения программы после выполнения команд условных переходов. Регистр состояний предоставляет программисту возможность организации работы МП так, чтобы при определенных условиях менять порядок выполнения команд.

Регистры общего назначения (РОН) имеют в своем составе набор регистров для запоминания данных. АЛУ может выполнять операции с содержимым РОН (инверсия, сдвиг и т. д.) без выхода на внешнюю магистраль адресов и данных, чем обеспечивается высокое быстродействие.

Указатель стека. Стек – это набор регистров МП или ячеек оперативной памяти, откуда данные выбираются "сверху", т. е. по принципу "последним пришел – первым вышел". При записи в стек очередного слова все записанные ранее слова смещаются на один регистр вниз, как патроны в магазине автомата при его снаряжении.

3.    Схемы управления обеспечивают поддержание требуемой последовательности функционирования всех звеньев МП.

По сигналам схем управления очередная команда извлекается из регистра команд. При этом определяется, что необходимо делать с данными, а затем обеспечивается само действие.

Главной функцией схем управления является декодирование команды, находящейся в регистре команд, с помощью дешифратора команд, который в результате выдает сигналы, необходимые для ее выполнения.

Похожие работы

Базовые понятия и определения информатики

Скачать

22013

0

0

... вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими. Из этого определения видно, что информатика очень близка к технологии, поэтому ее предмет нередко называют информационной технологией. Предмет информатики составляют следующие понятия: а) аппаратное обеспечение средств вычислительной техники; б) программное обеспечение средств вычислительной техники ...

Программное обеспечение

Скачать

21932

0

4

... – набор утилит и некоторые инструментальные программы (пользовательский интерфейс). К третьему уровню относятся все остальные программы. Программы второго и третьего уровней хранятся в файлах. Программное обеспечение первого уровня является машинно-зависимым [computer-independent]. То есть для каждого микропроцессора или семейства ЭВМ набор данных программ уникален. Операционная система имеет ...

Программное обеспечение для ЭВМ

Скачать

40481

2

3

... Вы сможете работать на своем компьютере. От выбора ОС зависят также производительность вашей работы, степень защиты Ваших данных, необходимые аппаратные средства и т.д. [9] 5. Персональная ЭВМ: развернутая структура; структура программного обеспечения; выбор ПЭВМ (если возможно, то по прайс-листу некоторой фирмы). Развернутая структура (тонкие линии показывают управляющие связи, толстые – ...

Программное обеспечение сетей ЭВМ

Скачать

59285

1

8

... » (Zero Administration Initiative), которая будет реализована во всех следующих версиях Windows. SMS- сервер управления системами У SMS две задачи — централизовать управление сетью и уп­ростить распространение программного обеспечения и его модернизацию на клиентских системах. SMS подойдет и ма­лой, и большой сети — это инструмент управления сетью на базе Windows NT, эффективно использующий ...