МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра ПОВТАС
Реферат
Проблемы повышения производительности вычислительных систем и методы их преодоления
| Выполнил: | Чукин В.В. группа 98повт-3 |
| Проверил: | Воронков А.Е. |
Оренбург 1999
Содержание.
| 1.Немного истории. | 3 |
| 2.Повышение производительности в компьютерных сетях. | 6 |
| 3.Повышение производительности процесоров | 8 |
| 4. ММХ-революция в микропроцессорной эволюции. | 9 |
| 5.Основные проблемы. | 12 |
| 6.Одно из перспективных решений. | 12 |
| 7.Влияние архитектуры микропроцессоров на повышение производительности. | 14 |
| 8.Список литературы. | 26 |
Немного истории.
Электронный компьютер был разработан в 50-е годы как устройство для производства быстрых вычислений. В то время никто не задумывался над его информационными приложениями и усилия разработчиков были направлены в основном на повышение быстродействия компьютера.
В 60-е годы была сделана попытка использовать компьютер для осуществления информационных операций индексирования и анализа текста. С помощью соответствующего программного обеспечения в память компьютера стали записывать тексты и искать возможности оперирования с ними. В настоящее время существует множество фирм, производящих компьютеры. Это, например, Dell, Acer, IBM. Для тех, кто профессионально с компьютером не связан, расскажем очень кратко о некоторых принципах функционирования компьютера.
Структурно компьютер состоит из пяти основных функциональных блоков, объединенных общей задачей быстро производить арифметические и логические действия над числами. Характер действий и их последовательность определяются программой, представляющей собой определенным образом организованную совокупность машинных операций, называемых командами. Руководит работой компьютера устройство управления. Оно получает команды из памяти, декодирует их и генерирует необходимые для их выполнения сигналы. Каждая команда в памяти находится по определенному адресу, который указывается программным счетчиком, находящимся в устройстве памяти. Для запоминания команд в устройстве управления имеется специальный регистр команд.
Устройств ввода и вывода служат для преобразования информации с тех языков программирования и тех скоростей, на которых работает компьютер, на те, которые воспринимает человек или другая система, работающая с данным компьютером. Важнейшим функциональным блоком компьютера является процессор. В нашей стране получили широкое распространение процессоры фирм Intel, AMD и др.
Команды от оператора поступают через устройство ввода в регистр инструкций. По этим инструкциям блок управления вырабатывает команды для всех функциональных блоков компьютера Система регистров общего пользования служит оперативной памятью для поступающих на вход данных.
Арифметическое устройство производит арифметические и логические операции над поступающими от регистра общего назначения данными. О том, какие именно следует выполнять функции, говорят команды блока управления.
Адресный регистр обеспечивает правильную адресацию данных в системе памяти, он также снабжает каждую следующую инструкцию указаниями адресов памяти, где она будет запоминаться.
Одним из ключевых функциональных блоков компьютера является программный счетчик, назначение которого состоит в обновлении каждой инструкции и временном запоминании ее номера. Если записанная программа перейдет в другой инструктивный номер, это изменение будет зафиксировано программным счетчиком. Информация об этом изменении поступает также в регистр инструкций. При каждом следующем шаге рабочей программы происходит обращение к программному счетчику с запросом о выполнении соответствующей операции.
Каждая ячейка памяти компьютера запоминает одно машинное слово. Возможности компьютера определяются числом команд, которое можно ввести в оперативную память. Максимальная емкость оперативной памяти в миникомпьютерах не превышает обычно 32M слов, в суперкомпьютерах емкость оперативной памяти достигает 1000M слов (M = 1 048 576).
Резкое повышение производительности миникомпьютеров при сравнительно небольшом удорожании привело к созданию мегамини- или супермини-компьютеров. Появление компьютеров нового класса связано с успехами в технологии их изготовления, с расширением их функциональных возможностей. Так, увеличилась скорость, и расширился набор команд центрального процессора, выросла пропускная способность устройств ввода-вывода, расширен диапазон адресов, увеличился ассортимент внешних устройств.
Одновременно с этим появилась возможность создать для супермини-компьютеров богатое программное обеспечение, существенно отличающееся от математического обеспечения типичных миникомпьютеров. В то же время это математическое обеспечение ориентировано на интерактивный режим работы пользователя с машиной, т. е. на непосредственное общение. Крупными производителями программного обеспечения можно считеть: Microsoft, Symantec, Borland, Microprose и др.
В начале 70-х годов американская фирма Intel предложила вместо интегрального модуля с жесткой логикой разработать стандартный логический блок, конкретное назначение которого можно определить после его изготовления, т. е. создать программируемую интегральную схему. Так появился микропроцессор - многофункциональный цифровой микроэлектронный модуль с программируемой логикой, сделавший революцию в электронике и технике обработки информации.
Основой микропроцессора является большая интегральная схема, в которой происходят все функциональные и вычислительные операции. Микропроцессор составляет основу микрокомпьютера.
В 1980 г. основу почти всех микрокомпьютеров составляли однокристальные микропроцессоры, у которых на одном кристалле выполнены центральный процессор, устройство памяти, устройство ввода-вывода и другие логические схемы. Число транзисторов на одном кристалле достигало примерно 70 тыс. штук. В настоящее время уже имеются монокристаллические микросхемы с числом элементарных вентилей до 5 млн. штук, что закладывает основу для перехода к микрокомпьютерам следующего нового поколения.
Производство микрокомпьютеров происходит в нарастающем темпе.
К первому поколению персональных компьютеров американского производства относятся компьютер TRS-80 на базе микропроцессора Z80 фирмы Zilog, компьютер Apple - II фирмы Apple Computer, компьютер PET фирмы Commondore Int. на базе микропроцессора 6502 фирмы MOS Technology.
Ко второму поколению принадлежат компьютеры IBM Personal Computer фирмы IBM с микропроцессором i8088, Rainbow-100 фирмы DEC на базе микропроцессора Z80A/i8088.
Микрокомпьютеры второго поколения с 16-разрядным словом отличаются от своих предшественников включением в комплект кроме гибких дисков также малогабаритных жестких дисков большой емкости, графических устройств, увеличенным объемом оперативной памяти до 256 КБайт - 2 Мбайт. Остальные поколения являются производными от этих.
Характеристики персональных компьютеров постоянно улучшаются, и в настоящее время технические характеристики и области применения мини- и микрокомпьютеров перекрываются.
В конце 80-х годов существовала проблема отставания математического вооружения компьютера от его физических возможностей. Зато в настоящее время данная проблема преобразилась с точностью до наоборот. Т.е. современное программное обеспечение способно использовать все системные ресурсы компьютера и при этом требовать еще большего увеличения данных ресурсов.
Пусть, например, необходимо ввести данные в компьютер. Этот процесс следует начать с тестовых проверок, чтобы убедиться в физической возможности осуществления этой процедуры. Поэтому работа начинается с того, что устройство ввода посылает в компьютер сигнал, указывающий на готовность ввода порции информации. В свою очередь, компьютер должен известить устройство ввода, т. е. оператора, о том, что он закончил обработку предыдущей порции данных и готов к приему следующей. В результате происходящего обмена сигналами устанавливается режим, позволяющий вводить новую порцию данных.
При выводе информации из компьютера устройство вывода должно известить компьютер о том, что оно готово воспринимать данные, т. е. послать в компьютер так называемый "сигнал занятости". Компьютер начнет выдавать данные только после проверки наличия такого сигнала. В свою очередь, компьютер должен послать в устройство вывода сигнал готовности передавать данные и устройство вывода должно убедиться в наличии такого сигнала.
Этот очевидный режим обмена информацией между компьютером и периферийными устройствами имеет недостаток - нерациональное использование времени, так как компьютер значительную часть времени находится в режиме ожидания. Поэтому разработан более экономичный режим обмена данными - ввод и вывод по прерыванию. В этом режиме выполнение основной программы компьютером чередуется с выполнением подпрограмм ввода и вывода.
Повышение производительности в компьютерных сетях.
Быстрое проникновение информационных технологий в коммерцию, банковское дело, образование и сферу развлечений в совокупности с неуклонно увеличивающейся мощностью компьютеров и емкостью устройств хранения данных предъявляет все большие требования к сетям связи. На повестку дня выходят широкополосные каналы связи.