Основи роботи в internet
Нейманівські архітектури комп’ютерів
жүктеу/скачать 3,18 Mb.
|
Архітектура ПК - Крупельницький (практикум)
Нейманівські архітектури комп’ютерівДо цього часу більшість універсальних комп’ютерів будують за принципами архітектури Джона фон Неймана. Але недоліки цієї архітектури, пов’язані з закладеним в ній послідовним характером організації обчислень, ставлять перепони в пошуку шляхів побудови швидких комп’ютерних систем. Тому крім архітектури Джона фон Неймана за час існування комп’ютерної техніки було створено цілий ряд інших архітектур. До них, зокрема, належать гарвардська архітектура, асоціативна машина, машина потоків даних, редукційна машина. Було запропоновано покласти за обчислювальну парадигму нейронні мережі, в яких використана ідея з моделей мозку та генетичні алгоритми, в яких застосовані ідеї з біології та еволюції архітектури комп’ютерних мереж. Останнім часом багато уваги приділяється квантовим комп’ютерам, елементи яких працюють за законами квантової механіки; біологічним комп’ютерам; а також паралельним комп’ютерам, оскільки практично всі сьогоднішні комп’ютери є паралельними. Коротко виділимо основні риси деяких з названих архітектур. Пам’ять команд Процесор
Пам’ять даних Рисунок 1.1 – Ядро комп’ютера гарвардської архітектури, утворене процесором та пам’яттю команд і даних Необхідність використання гарвардської архітектури можна пояснити так. Ядро комп’ютера Джона фон Неймана складається з процесора та основної пам’яті. Бажано, аби обидві компоненти ядра не пригальмовували одна одну, тобто працювали з однаковою швидкодією. На практиці вузол пам’яті є значно (на порядок) повільнішим від процесора, і цей розрив у швидкодії з прогресом інтегральних технологій лише зростає. Зменшити розрив можна структурними методами, збільшуючи розрядність інформаційного слова пам’яті. Саме цей підхід реалізує гарвардська архітектура з двома запам’ятовувальними пристроями. Зрозуміло, що тут паралельно виконуються операції вибирання команд програми, з одного боку, а з другого – вибирання та запис кодів даних і результатів обчислень. Дуальна прінстонсько-гарвардська архітектура. Швидкі комп’ютери гарвардської архітектури є складнішими щодо програмування порівняно з комп’ютерами прінстонської архітектури. Зрозуміло, що бажано створити комп’ютер з дуальною архітектурою, яка водночас запозичує нову якість – швидкодію від гарвардської архітектури та стандартну парадигму розробки програм від прінстонської архітектури. Злиття двох архітектур виконують на рівні кеш пам’яті шляхом її поділу на кеш даних та кеш команд (рис. 1.2). Злиттям архітектур програмісту надано зручність програмних технологій прінстонської архітектури, а з боку процесора реалізовано гарвардську архітектуру, в результаті чого він значно менше пригальмовується з боку основної пам’яті. Основна пам’ять даних команд Кеш пам’ті другого рівня Процесор Рисунорк 1.2 – Злиття архітектур через розділену на дві частини пам’ять першого рівня Асоціативна машина передбачає маніпуляції з даними не відповідно до їх адрес, як це є в машині Джона фон Неймана, а відповідно до значення цих даних або їх частин. Базовими тут є операції пошуку і порівняння. Основою асоціативної архітектури є асоціативна пам’ять, яка забезпечує одночасний доступ до багатьох даних, в яких збігаються значення відповідних розрядів. Тим самим за рахунок високої паралельності обробки досягається висока продуктивність на класі операцій, для виконання яких ця машина є ефективною (зокрема, логічні операції, операції пошуку та сортування). Асоціативна машина є складовою практично кожного сучасного комп’ютера. Машина потоків даних. Керування обчислювальним процесом в машині потоків даних здійснюється даними за їх готовністю до обробки. Кожне дане в такій машині має спеціальні ознаки. За цими ознаками пристрій керування знаходить дані, які готові до обробки, і передає їх в АЛП для виконання відповідних операцій. Тим самим тут за рахунок можливого паралельного аналізу та обробки даних досягається гранично висока продуктивність. Принципи машини потоків даних використовуються в багатьох сучасних високопродуктивних комп’ютерах. Паралельні комп’ютерні системи. Перші паралельні комп’ютерні системи, до складу яких входило лише два процесори, були побудовані в кінці 60-х років минулого століття. В 70-х роках такі системи мали в своєму складі до 64-х процесорів, в 80-х роках – до 1000, а в кінці 90-х років фірма IBM анонсувала конструкцію суперкомп’ютера з паралельною архітектурою, який містив понад мільйон процесорів, і на даний час є найпродуктивнішим у світі. Паралельна обробка інформації є ключовим напрямком побудови високопродуктивних комп’ютерних систем. Однак і паралельні комп’ютерні системи мають обмеження. По-перше, зі збільшенням кількості процесорів ускладнюється задача розподілу завдань між процесорами. Для її вирішення використовуються додаткові процесори, кількість яких може значно перевищувати кількість процесорів, зайнятих безпосередньо виконанням алгоритму. По-друге, послідовна природа багатьох алгоритмів обмежує прискорення, якого можна досягти, використовуючи багатопроцесорну організацію. жүктеу/скачать 3,18 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|