Особенности построения цифровых вычислительных систем. Архитектурные особенности ВС.

Система (от греческого systema — целое, составленное из частей соединение) — это совокупность элементов, взаимодействующих друг с другом, образующих определенную целостность, единство.

Вычислительная система — это совокупность одного или нескольких компьютеров или процессоров, программного обеспечения и периферийного оборудования, организованная для совместного выполнения информационно-вычислительных процессов.

Вычислительная машина, счётная машина — механизм, электромеханическое или электронное устройство, предназначенное для автоматического выполнения математических операций.

Электронная вычислительная машина (ЭВМ ), компьютер — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

Аппаратные средства цифровой вычислительной системы – это комплекс цифровых логических схем, которые получают информацию из одного или более источников, обрабатывают ее, и посылают результаты в одно или несколько мест назначения.

Микропроцессорные цифровые ВС предоставляют недорогой способ решать сложные задачи по сохранению, передаче и обработке информации и могут быть встроены в приборы, и являться основой распределенных систем управления производственными процессами.

Выполнение сложных математических расчетов всегда сталкивалось с многочисленными трудностями. Многие задачи вообще невозможно решить, выражая результат в элементарных функциях, поэтому разрабатывались методы численного решения математических задач. Применение этих методов также требует проведения огромного количества вычислений. Поэтому перед человечеством всегда стояла задача разработки мощных средств для автоматизации вычислений. С середины 40-х годов начала развиваться ветвь цифровых вычислительных машин. Используемые вначале как машины для вычислений, по мере развития элементной базы, на которых они строились, эти приборы превратились в мощные вычислительные системы, способные решать не только вычислительные задачи, но и задачи по управлению и контролю.

Основой цифровых вычислительных систем являются логические цифровые схемы, основанные на элементах, принимающих два возможных фиксированных значения «0» и «1». Информация в таких схемах представлена в виде импульсных электрических сигналов, имеющих амплитуду выше некоторого уровня (логический 0) или ниже определенного уровня (логическая 1). При построении цифровой ВС реализован принцип программного управления. Суть этого принципа в следующем: цифровая схема построена таким образом, что может решать некоторый определенный набор простых задач или выполнять определенные действия (команды), комбинируя эти действия в соответствии с заданным алгоритмом решения сложной задачи (программа) можно получить решение для очень широкого круга задач. Таким образом, цифровая ВС состоит из аппаратных и программных средств, которые выступают как неразрывное единство.

Аппаратными средствами называется относительно стабильная, неизменяемая часть вычислительной системы.

К аппаратным средствам относятся электронные схемы, из которых построена система, и схемы, обеспечивающие их работоспособность.

Программными средствами называется относительно изменчивая, непостоянная часть вычислительной системы.

К программным средствам относятся последовательности команд, реализующие решение задач и функции по обработке информации.

Хотя в конкретной вычислительной системе существует равновесие между аппаратными и программными средствами, в целом, они являются проявлениями противоположных тенденций. Дело в том, что одна и та же задача может быть решена различными способами. Основная часть может быть перенесена на схемное решение (в принципе, и без применения программ), то есть на аппаратные средства, или, наоборот, на программные средства при минимальном использовании электронных схем. Это противоречие отражается в термине дуализм ВС. В большинстве случаев использование, в основном, аппаратных средств приводит к более быстродействующим системам, а использование программных средств к более гибким и дешевым системам.

Вопрос о соотношении аппаратных и программных средств в ВС очень сложен. В универсальных ВС основная часть действий переносится на программные средства, аппаратные средства предоставляют при этом программисту широкие возможности для создания программ: большой набор команд, типов данных, с которыми может работать система, и способов их адресации. В последнее время для повышения быстродействия появилась тенденция к переносу на аппаратные средства большей доли работы. Это так называемые системы с сокращенной системой команд (RISC системы). В них за счет повышения сложности электронных схем (и, соответственно, стоимости) увеличивается производительность.

Таким образом, ВС должна содержать электронную цифровую схему обработки информации (процессор), а также программу и данные, сохраняемые в устройстве хранения информации (памяти). К системе могут подключаться различные дополнительные приборы, обеспечивающие ввод или вывод информации (внешние устройства). Внешние устройства подключаются к системе через специальные электронные схемы, которые называются интерфейсом.