Информатика: техническое обеспечение (стр. 2 из 3)
Другие способы оценки производительности основаны на использовании специально подобранных тестовых задач. Наиболее известными являются тесты LINPACK, SpecInt92 и SpecFp92, AIM.
Пример
Производительность современных суперЭВМ достигает десятков GFLOPS. Производительность ПЭВМ имеет порядок десятков MFLOPS.
Аппаратные компоненты персональных ЭВМ
Главная особенность структуры ПЭВМ заключается в том, все устройства ПЭВМ обмениваются информацией через системную шину (см. рис.2.3). К системной шине подключён центральный процессор (или несколько процессоров), оперативная, постоянная и кеш-память, которые выполнены в виде микросхем. Упомянутые компоненты монтируются на материнской плате [motherboard]. К материнской плате присоединяются платы (карты) внешних устройств (ВУ): видеоадаптер, звуковая плата, сетевая плата и др. В зависимости от сложности устройств на этих платах могут располагаться другие специализированные процессоры: математический, графический и др. С помощью проводов к материнской плате подключены жёсткий диск, гибкий диск и устройство чтения оптических дисков.
 |
Рис. 3. Структурная схема ПЭВМ
Все упомянутые компоненты располагаются в системном блоке. Корпус системного блока может быть выполнен в виде:
desktop – настольное исполнение с горизонтальным расположением материнской платы;
mini-tower – настольное исполнение с вертикальным расположением материнской платы;
bigtower – напольное исполнение с вертикальным расположением материнской платы.
Выбор типа корпуса диктуется в основном возможностью последующего расширения комплектации ПЭВМ.
Остальные компоненты, которые находятся вне системного блока, именуются внешними устройствами: монитор, клавиатура, мышь и другие манипуляторы, устройства резервного копирования и архивации, сканеры, модемы и др.
Системная шина [bus] – система объединённых проводов для передачи информации между подключёнными к ней устройствами ЭВМ. По шине передаётся информация трёх типов: данные, адреса данных, команды.
Основные характеристики шины данных:
тактовая частота;
разрядность данных и адреса.
Тактовая частота шины [busclock, busfrequency] измеряется в МГц и определяет, сколько раз за секунду может быть передана порция данных. Размер этой порции определяется разрядностью шины, которая измеряется в битах. Произведение разрядности на частоту определяет теоретическую пропускную способность шины.
Пример
Наиболее широко используемой в настоящее время является шина PCI (PeripheralComponentInterconnect). Устаревшая шина ISA (IndustryStandardArchitecture) или AT-шина до сих пор используется по причинам обеспечения совместимости. Основные характеристики приведены в табл. 2.2.
Таблица 2. Характеристики системных шин
| Название | Частота, МГц | Разрядностьданных | Разрядность адреса | Мбайт/с |
| PCXT | 4,77 | 8 | 20 | 5 |
| ISA | 8 | 16 | 24 | 8 |
| PCI | 33 | 32,64 | 32 | 80,160 |
Центральный процессор [processor, CPU] – устройство, непосредственно осуществляющее процесс обработки данных. Основная задача процессора – это интерпретация команд и рассылка соответствующих управляющих сигналов к другим устройствам. Процессоры в ПЭВМ выполнены в виде одной микросхемы и потому называются также микропроцессорами.
Основные характеристики процессора:
тактовая частота;
длина слова (разрядность);
архитектура.
Тактовая частота процессора [CPUspeed (clock, frequency)] число элементарных операций - тактов, выполняемых в течение одной секунды. В современных ПЭВМ под тактовой частотой понимается внутренняя частота. Обмен данными с внешним миром осуществляется на частоте системной шины, которая всегда меньше внутренней частоты процессора. Тактовая частота грубо характеризует скорость работы процессора.
Длина слова (разрядность процессора) – это максимальное количество разрядов двоичного кода, которые могут передаваться или обрабатываться одновременно за один такт. Все современные микропроцессоры 32 или 64 разрядные.
Пример
Применительно к ПЭВМ понятие «разрядность» включает:
разрядность внутренних регистров (внутренняя длина слова);
разрядность шины данных (внешняя длина слова);
разрядность шины адреса.
Разрядность внутренних регистров определяет формат команд процессора и размер данных, с которыми можно оперировать в командах.
Разрядность шины данных определяет скорость передачи информации между процессором и другими устройствами.
Разрядность шины адреса определяет размер адресного пространства, т.е. максимальное число байтов, к которым можно осуществить доступ. Например, если разрядность шины адреса равна 16, то возможный размер памяти в ЭВМ равен 216=65536 или 65 Кб.
Архитектура процессора – это очень ёмкое понятие, в составе которого можно рассматривать следующие элементы:
система команд;
способ организации вычислительного процесса;
поддержка мультипроцессорности.
Система команд [instructionset] – полный список кодов операций, которые способен выполнять процессор. Посоставукомандразличают: CISC-архитектуру [Complex Instructions Set Computer] и RISC-архитектуру [Reduced Instructions Set Computer].
Большинство ЭВМ использует CISC-архитектуру. Основная идея RISC – так упростить команды процессора, чтобы они могли быть выполнены за один такт. Это позволяет спроектировать очень эффективный конвейер команд.
Набор команд процессора определяет его функциональное назначение, в соответствии с которым различают универсальные и специализированные процессоры.
Универсальный процессор способен реализовать любой алгоритм и используется в качестве центрального процессора. Специализированный процессор служит для решения задач определённого класса. Среди таких сопроцессоров можно выделить математические и графические процессоры.
С системой команд связано такое важное свойство, как совместимость. Два процессора называются совместимыми [compatible], если их системы команд одинаковы.
Пример
Программу ускорения клавиатуры можно записать в машинном языке:
B8 05 03 BB-00 00 CD 16-CD 20
или в переводе на автокод
B80503 mov ax,00305
BB0000 mov bx,00000
CD16 int 16
CD20 int 20
Данная программа использует систему команд процессора Intel8086 и без изменений может быть перенесена на процессоры Intel 80286, 80386, 80486, PentiumI, PentiumII, PentiumIII. Поэтому все эти процессоры называются совместимыми снизу вверх. Сверху вниз эти процессоры несовместимы, так как, например, PentiumIIIимеет команды, которые не поддерживаются процессором PentiumI.
Для повышения эффективности вычислительного процесса в современных микропроцессорах применяется конвейерная и суперскалярная обработки данных.
Процессор может иметь устройства, которые позволяют использовать его в многопроцессорной конфигурации. Работа в мультипроцессорном режиме обеспечивается как архитектурой процессора, так и возможностями операционной системы. Например, Windows95 не имеет такой поддержки, а WindowsNTServer поддерживает четыре процессора.
Пример
Архитектура микропроцессора Pentium имеет следующие особенности:
суперскалярная конвейерная архитектура;
конвейерное вычисление с плавающей точкой;
поддержка мультипроцессорности;
повышенная разрядность внешней шины данных.
Разрядность регистров – 32 бит, шины адреса - 32 бит, шины данных - 64 бит. Производительность микропроцессора PentiumI с тактовой частотой 66 МГц оценивается в 112 MIPS.
Оценка производительности различных микропроцессоров приведена в табл. 2.3.
Таблица 3. Сравнение микропроцессоров
| Процессор | Частота, МГц | Тип | SPECint92 | SPECfp92 | ||
| PA RISC | 200 | RICS | 360 | 550 | ||
| Alpha 21164 | 300 | RISC | 330 | 500 | ||
| PowerPC | 133 | RISC | 225 | 300 | ||
| PowerPC | 66 | RISC | 48 | 84 | ||
| Pentium II | 133 | CISC | 200 | 200 | ||
| Pentium I | 133 | CISC | 148 | 110 | ||
| Pentium I | 66 | CISC | 65 | 57 | ||
| Intel 486 DX2 | 66 | CISC | 32 | 16 | ||
Источник: www.citforum.ru.
Микропроцессор Celeron в отличие от Pentium не может работать в мультипроцессорном режиме.
Современные микропроцессоры имеют внутреннюю частоту порядка 900 МГц.
Память [memory, storage] – часть ЭВМ, предназначенная для приёма, хранения и выдачи данных. Различают внутреннюю и внешнюю память.
Внутренняя память [internalstorage] конструктивно выполняется в виде модулей, представляющих собой несколько микросхем на небольшой плате и предназначено для хранения промежуточных данных, к которым необходим максимально быстрый доступ. Гораздо чаще внутреннюю память именуют оперативной памятью, сокращённо - ОЗУ [RandomAccessMemory - RAM], или основной памятью [mainmemory].
Микросхемы основной памяти всегда работают медленнее процессора. Поэтому процессору часто приходится делать пустые такты, ожидая поступления данных из памяти. Чтобы частично решить эту проблему, используется память небольшого размера (порядка 128 – 512 Кб), которая выполнена на базе более скоростных (и более дорогих) микросхем памяти. Такая память называется кешем [caсhe] или сверхоперативной памятью.