Организация вычислительных машин и систем 2003г

Фрагменты:

1.3. Характеристики вычислительных машин
Характеристики ВМ можно разбить на несколько групп. Прежде всего, в силу основного назначения ВМ – выполнять вычисления – наибольший интерес для пользователей представляет группа временных характеристик.

1. Временные характеристики.
Важнейшими из них являются производительность и быстродействие ВМ. Часто эти две характеристики отождествляют, но мы будем их различать, отмечая архитектурные особенности построения различных ВМ.

 Под производительностью (productivity, performance, throughput) понимают количество операций (задач), выполняемых (решаемых) на данной ВМ в единицу времени.

Быстродействие (speed, velocity) – величина, обратная времени выполнения одной операции (или задачи).

Различие между этими двумя определениями можно проиллюстрировать на следующих примерах. На рис. 1.5 представлены различные варианты построения ВМ. На рис. 1.5а ВМ включает единственный процессор, выполняющий обработку одного потока данных. Для такой системы с последовательной
обработкой. производительность P равна быстродействию V. На рис. 1.5б представлена система из N параллельно работающих процессоров, каждый из которых выполняет обработку своего пакета данных (своей задачи). Каждая задача обрабатывается за то же время, что и в случае единственного процессора (рис. 1.5а), то есть быстродействие параллельной системы не меняется (Vп = V). В то же время, производительность параллельной системы в N раз выше, чем у одного процессора.

3.3.1. Операционные устройства процедурного типа и с жесткой структурой. Понятие об I-процессорах и M-процессорах
Операционные устройства процессоров могут строиться с большей или меньшей степенью универсальности, могут быть более простыми, универсальными, требующими большого объема микрокода для реализации всех необходимых алгоритмов операций, либо – более сложными и специализированными, но за счет этого – более производительными и не требующими большого объема управляющего микрокода. Первые устройства можно назвать устройствами процедурного типа, так как они требуют для реализации какого-либо алгоритма арифметической операции выполнения последовательности действий, заданной во времени (то есть процедуры).

Устройства второго типа, рассчитанные на аппаратную реализацию алгоритмов вычислений, можно назвать устройствами с жесткой структурой. (Отметим, что гибкость устройств первого типа заключается не в возможности перестройки их структуры, а в возможности выполнения на заданной структуре большего числа различных алгоритмов.) Примером устройств процедурного типа могут являться, до некоторой степени, устройства для выполнения косвенного умножения. Такие устройства после небольшой доработки могут быть использованы и для реализации других операций (алгоритмов), например, для обычного сложения со знаком, для выполнения деления или операций с плавающей запятой. В предельном случае наиболее универсальной схемой может являться обычный накапливающий сумматор, дополненный схемами выполнения логических операций. С другой стороны, специализированный аппаратный умножитель, например, матричный (матричные умножители подробнее рассматриваются в следующем пункте), является примером устройства с жесткой структурой, рассчитанного только на выполнение конкретной операции, зачастую – определенной разрядности и в определенной кодировке.

Для создания более или менее универсального ОУ необходимо иметь набор таких схем для всех требуемых операций, либо – сочетание нескольких специализированных устройств с одним универсальным.