Конспект лекций для самостоятельной работы студентов по дисциплине \"Компьютерные системы\" icon

Конспект лекций для самостоятельной работы студентов по дисциплине "Компьютерные системы"



НазваниеКонспект лекций для самостоятельной работы студентов по дисциплине "Компьютерные системы"
страница1/5
Дата конвертации26.09.2012
Размер484.53 Kb.
ТипКонспект лекций
  1   2   3   4   5
1. /VS_CPC_R.DOCКонспект лекций для самостоятельной работы студентов по дисциплине "Компьютерные системы"




МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ


Факультет вычислительной техники и информатики


Кафедра электронных вычислительных машин


В.Н.Струнилин


КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ



для самостоятельной работы студентов

по дисциплине "Компьютерные системы"




Направление подготовки ­­­ 6.0915 "Компьютерная инженерия"

Специальность  7.091501 "Компьютерные системы и сети"

7.091502 "Системное программирование"


Донецк  2006 г.


1 МУЛЬТИПРОЦЕССОРНЫЕ В С (М П В С)


Включает в себя 2 и более процессоров,имеющих общую ОП,общие периферийные устройства и работающие по управлением единой ВС.


    1. Упрощенная схема МПВС





П1 П2 П3







П1...П3 - процесс.

ППВ - подсистема в/в.

ОЗУ1 ОЗУ2






ППВ


рис.1.
1


В МПВС должен быть доступ любого процессора и любого канала В/В

к любой ячейке ОЗУ. ПВВ включает в себя несколько каналов и большое число периферийных устройств.

При построении ОС - основного средства организации всех процессов обработки информации в ВС возникают следующие задачи:

1) организация мультипрограммной обработки информации;

2) распределение ресурсов и заданий между процессорами;

3) синхронизация процессов при решении нескольких несколькими процессорами одной задачи;

4) планирование с учетом оптимизации загрузки всех процессоров;

5) обработка большого числа конфликтных ситуаций.


Однако, несмотря на все эти сложности аппаратной и программной реализации, МПВС получают все большее распространение, т.к. обладают следующими достоинствами:

1) высокая надежность и готовность за счет резервирования и возможности реконфигурации;

2) высокая производительность за счет возможности организации параллельной обработки информации и более полной загрузки всего оборудования;

3) высокая экономическая эффективность за счет повышения коэффициента использования оборудования ВС.



    1. Структурная организация МПВС с общей шиной






П1 П2 ОЗУ1 ОЗУ2

рис 1.2

ОЗУ3 ВЗУ УВВ УВВ


Интерфейс односвязный, т.е. обмен информации в любой момент времени может выполняться только между двумя устройствами.

Если потребность в обмене существует более чем у двух устройств, то возникает конфликтная ситуация,которая решается с помощью системы приоритетов и и организации очередей. Функции арбитра выполняет процессор, либо специальное устройство, которое регистрирует все обращения к общей шине и распределяет шину во времени между этими устройствами.


Достоинства:

1) простота изменения ВС (добавление или изъятие устройств);

2) доступность модулей ОЗУ для всех устройств;

3) низкая стоимость ВС.

Недостатки:

1) невысокое быстродействие;

2) число процессоров не превышает 2х-4х;

3) низкая надежность за счет общего элемента - шины. Этот недостаток можно компенсировать за счет введения резервной шины.


1.3 МПВС с перекрестной коммутацией


МПВС с перекрестной коммутацией лишено недостатков МПВС с общей шиной.




ОЗУ1 ОЗУ2 ОЗУ3







П1 КВВ1





П2 КВВ2


Рис.1.3.

Связи между устройствами осуществляются с помощью специального устройства - коммутационной матрицы.


Достоинства:

1) нет конфликтов из-за связей;

2) остаются только конфликты из-за ресурсов;

3) высокая производительность достигается за счет одновременной связи нескольких устройств;

4) возможность установления связи между устройствами на длительное время, что позволяет передавать любые массивы информации с высокой коростью;

5) простота и унифицированность интерфейсов всех устройств;


Недостатки:

1) сложность наращивания ВС (установка новой коммутационной матрицы);

2) КМ при большом числе устройств - громоздкая, дорогостоящая;


1.4 МПВС с многовходовыми ОЗУ


Модули ОЗУ имеют число входов, равное числу устройств, которые к ним подключены (рис.1):

- средства коммутации распределены между несколькими устройствами;

- но для наращивания системы должны быть предусмотрены дополнительные входы ОЗУ.

Существуют структуры МПВС с общей памятью и индивидуальной

памятью.


Структура МПВС с общей памятью



ВУ



ПР1 ПРN ВУ







КВВ1










К К кввк



ВУ
МП1 МПL

ВУ


Пр - процессор;

МП - модуль памяти;

КВВ - коммутатор модуля памяти;

ВУ - внешнее устройство;


Структура МПВС с индивидуальной памятью


ПР1 ПРN



БО БО

мп1 мпN


ву



ву


ву




ву
КВВ1 к КВВк




1.5. Характеристики МПВС


Пусть МПВС - однородная ВС, т.е. все процессоры одинаковы. Каждый из процессоров может обслуживать любую заявку, т.е. работает в режиме разделения нагрузки.

Каждый из N процессоров принимает на обслуживание N-ую часть заявок.


Модель МПВС с общей памятью


V Пусть в МПВС поступает

М потоков заявок с и

О ПР1






ПР2





ПРN




Можно считать, что система обслуживает однородный поток заявок с .

Для обслуживания любой заявки из суммарного потока требуется в среднем процессорных операций.

Средняя длительность обслуживания заявки процессором с быстродействием B равна и интенсивность обслуживания _

Отдельный процессор обслуживает поток с интенсивностью .

Загрузка процессора




Стационарный режим существует, если ,следовательно параметры

МПВС должны отвечать соотношению

., т.е. .

Суммарная загрузка N-канальной системы .


Модель МПВС с индивидуальной памятью

o1

пр1 При экспотенциальном распределении

длительности обслуживания и дисцип-

o2 лине FIFO среднее время ожидания

пр2 заявок в системе i=1,...N

on и загрузкой :

прn


Среднее время пребывания заявок

Среднее число заявок в очереди

Среднее число заявок в системе

МПВС обслуживает суммарный поток заявок

Заявка из суммарного потока с вероятностью будет ожидать обслуживания в среднем w1 единиц времени, с вероятностью - w2.

Следовательно, среднее время ожидания заявки из суммарного потока:



Среднее время пребывания заявки в системе:



Пусть каждый из процессоров обслуживает N-ю часть суммарную потока и средняя длительность обслуживания всех процессоров = v.

=> и p1 =...=pN = p;

.


1.6 Свойства МПВС


Рассмотрим, как влияет число процессоров N на средние времена ожидания и пребывания заявок, если системы с различным числом процессоров имеют постоянное суммарное быстродействие Bs=N*B = const ;

Пусть - трудоемкость обслуживания, среднее число процессорных операций, выполняемых при обслуживании одной заявки. Тогда получим, что средняя длительность обслуживания заявки


возрастает пропорционально числу процессоров в системе.


Загрузка процессора и не зависит от числа процессоров.

Вывод: С увеличением числа процессоров при сохранении суммарного

быстродействия средние времена ожидания и пребывания заявок в системе увеличиваются прямо пропорционально числу процессоров в системе, следовательно, минимум среднего ожидания (пребывания) заявок достигается, если все быстродействие 7B 4s 0 будет сосредоточено в одном процессоре.


2 К О Н В Е Й Е Р Н Ы Е В С (К В С)


Одним из самых простых и наиболее распространенных способов повышения быстродействия процессоров является конвейеризация процесса вычислений.

Преимущество КВС перед параллельными является возможность использования пакетов программ, уже написанных для последовательных ВС.

В любом процессоре машинная команда проходит ряд этапов обработки: выборки команды из ОП (ВК), вычисления адреса операнда в оперативной памяти (ВА), выборку операнда из памяти (ВО), операцию в АЛУ. В процессоре последовательной ВС для этих функций используется единственное устройство, поэтому время выполнения команды:

tК = tВК + tВА + tВО + tАЛУ.

Чтобы уменьшить tК можно для каждой функции ввести собственное оборудование. В таком процессоре любая команда последовательно проходит все устройства, находясь на каждом этапе время t.




ПК ПО ПК - память команд

ПО - память операндов

УВК,УВА,УВО - устройства вы-

УВК УВА УВО АЛУ борки команд, вычисление ад-

реса, выборки операндов.


Рис.2.1.


i i-1 i-2 i-3

t1

i+1 i i-1 i-2

t2

i+2 i+1 i i-1

t3 tk

i+3 i+2 i+1 i

t4

i+4 i+3 i+2 i+1

t5


Рис.2.2.


Так, команда с номером i поступает в УВК, через время она переходит в УВА, а в УВК поступает команда с номером i+1;затем через время команда i поступает в УВО, i+1 -> в УВА, i+2 -> в УВК и т.д. Наконец команда i поступает в АЛУ и через время t вырабатывается результат. После этого через время будет получен результат команды i+1.

Таким образом, несмотря на то, что общее время выполнения любой команды сохранилось, результаты вырабатываются через время t = tk / n, где n - число этапов конвейера.

Принцип построения процессора напоминает конвейер сборочного завода, на котором изделие проходит ряд рабочих мест. На каждом рабочем месте над изделием проводится новая операция.

Эффект ускорения достигается за счет одновременной обработки ряда изделий на разных рабочих местах.

Временная диаграмма строилась при следующих сокращениях:

1) в потоке выбираемых из ПК команд отсутствуют команды условных переходов;

2) все команды имеют одинаковое время нахождения на разных этапах.

Наличие команд условного перехода будет вынуждать переход к командам, которые в данный момент отсутствуют в конвейере, что потребует опустошения и повторного заполнения конвейера из ПК, а неодинаковая длина команд приведет к приостановкам конвейера. Такой в общем случае асинхронный характер функционирования конвейера снижает быстродействие КВС.

Процедура увеличения быстродействия конвейерных ВС состоит в следующем: в существующем варианте конвейера выбирается устройство с наибольшим временем срабатывания и разделяется на два и более устройств с меньшим временем срабатывания каждое. При этом цикл конвейера t уменьшается. Если и после этого быстродействие КВС недостаточно, выбирается наиболее медленное устройство и процесс повторяется.

Рассмотрим конвейеризацию устройств процессора: АЛУ, УВК, УВА, УВО.

Арифметический конвейер можно построить для любых арифметико-логических операций:сложения, умножения, логических операций.

Конвейер для выполнения операции сложения двух чисел с П.З. Числа представлены в форме A*Rp , где A - мантисса, R - основание системы счисления, p - порядок.




Ai -> выравнивание выравнивание сложение нормализация




Bi-> порядков мантисс мантисс результата


Конвейер для умножения целых чисел





(мн.)Ai Дешифратор

множителя

Сi







(мт.)Bi







Рис.2.3.

Каждым входом первого каскада управляет один разряд множителя. В зависимости от его значения на вход подаются два смежных сдвинутых частичных произведения. Число каскадов конвейерного умножителя равно log2z , где z- разрядность чисел Ai и Bi .

Для увеличения производительности УВК используют множество автономных по функционированию блоков памяти. Число этих блоков . и может достигать величины 8...64 (кратно степени 2), где - интервал выхода чисел с каскада на каскад конвейера. Так как на каждый полученный в АЛУ результат приходится одна выборка команды из ПК, то время выборки этой команды не должно превышать t.

Рассмотрим варианты организации многоблочной памяти.


  1   2   3   4   5




Похожие:

Конспект лекций для самостоятельной работы студентов по дисциплине \"Компьютерные системы\" iconМетодические указания для самостоятельной работы студентов по курсу
Методические указания для самостоятельной работы по курсу «Бухгалтерский финансовый учет» тема «Учет операций по налогообложению...
Конспект лекций для самостоятельной работы студентов по дисциплине \"Компьютерные системы\" iconДокументы
1. /Конспект лекций ЦОС ВМК/LSSDIG10.RTF
2. /Конспект...

Конспект лекций для самостоятельной работы студентов по дисциплине \"Компьютерные системы\" iconПрактикум по Excel Задания для самостоятельной работы Задания для самостоятельной работы по информатике для студентов 2 курса. Оптимизировать транспортные расходы по доставке туристов,
Количество прибывших разными видами транспорта, стоимость перевозки одного человека от места прибытия до гостиницы и количество мест,...
Конспект лекций для самостоятельной работы студентов по дисциплине \"Компьютерные системы\" iconУчебно-методическое пособие по курсу «культурология» для самостоятельной подготовки к семинарским занятиям студентов угма
Данное Учебно-методическое пособие включает тематический план лекций и семинарских занятий, перечень рекомендуемой литературы, основной...
Конспект лекций для самостоятельной работы студентов по дисциплине \"Компьютерные системы\" iconМетодические указания для выполнения контрольной работы по криминологии
«Юриспруденция» предусмотрено написание студентами одной контрольной работы по криминологии. Контрольная работа является частью самостоятельной...
Конспект лекций для самостоятельной работы студентов по дисциплине \"Компьютерные системы\" iconКонспект лекций по дисциплине " Организация производства" Часть 2 Глава основы организации производственного процесса > Производственный процесс: понятие и классификация
Одной из наиболее важных идей управления производством является концепция процесса как совокупности всех действий людей и орудий...
Конспект лекций для самостоятельной работы студентов по дисциплине \"Компьютерные системы\" iconРасписание лекций и практических занятий по биоэтике для студентов 2-го курса

Конспект лекций для самостоятельной работы студентов по дисциплине \"Компьютерные системы\" iconМетодические указания по выполнению лабораторных работ для студентов специальности 220100 «эвм, системы, комплексы и сети» по дисциплине «организация ЭВМ и систем»
Целью лабораторных работ является изучение структуры и принципов функционирования 8 разрядного процессора типа кр580ВМ80
Конспект лекций для самостоятельной работы студентов по дисциплине \"Компьютерные системы\" iconМетодические рекомендации по аналитическому чтению для студентов III-V курсов отделения «История и английский язык»
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов ш-v курсов отделения «история и английский язык». Пособие ставит своей задачей...
Конспект лекций для самостоятельной работы студентов по дисциплине \"Компьютерные системы\" iconУчебный курс «Социальная психология»
Предназначен для студентов дистанционного обучения по специальности 030301 Психология труда и организационная психология. Цель данного...
Конспект лекций для самостоятельной работы студентов по дисциплине \"Компьютерные системы\" iconЛобанова Ольга Евгеньевна Предисловие Данная система проверочных работ предназначена для организации дифференцированной самостоятельной работы учащихся на урок
Данная система проверочных работ предназначена для организации дифференцированной самостоятельной работы учащихся на уроках алгебры...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©podelise.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы

Разработка сайта — Веб студия Адаманов