Мета роботи: Вивчити основну класифікацію комп’ютерних систем
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ХОЛОДУ
Рибалов Б.О., Лозович О.М.
КОМП’ЮТЕРНІ СИСТЕМИ
Посібник до виконання лабораторних робіт
Одеса 2007
Розроблено кафедрою інформаційно-комунікаційних технологій відповідно до освітньо-профессійної програми та структурно логічної схеми підготовки бакалаврів напрямків «Комп’ютерна інженерія » та «Комп’ютерні науки»
Укладачі: ст. викл. каф. ІКТ Рибалов Б.О., ас. Каф. Лозович О.М.
Методичні вказівки затверджені на засіданні кафедри інформаційно комунікаційних технологій
«_______» _________________2007 р. Протокол № .
Завідувач кафедри к.т.н. доцент Г.С. Гайворонська
Схвалена методичною комісією напрямку підготовки 091503, 091501, 091401, 091402 напрямків «Компьютерна інженерія» та «Компьютерні науки».
«_______» _________________2007 р. Протокол № .
Голова методичної комісії к.т.н. доц. О.М. Богач
Лабораторна робота №1 «Класифікація комп’ютерних систем»
Мета роботи: Вивчити основну класифікацію комп’ютерних систем.
Теоретичні відомості:
Велика різноманітність обчислювальних систем, породила безліч класифікацій. Одна з перших класифікацій, посилання на яку найбільше часто зустрічаються в літературі, була запропонована М.Флинном наприкінці 60- х років минулого століття. Вона базується на поняттях двох потоків: команд і даних. На основі числа цих потоків виділяється чотири класи архитектур:
· SISD(Single Instruction Single Data) – єдиний потік команд і єдиний потік данних. У загальному випадку, це класича машина ФОН Неймана. До цього класу відносят усі однопроцесорні системи.
· SIMD (Single Instruction Multiple Data) – єдиний потік команд і множинний потік даних. Представниками є матричні комп'ютери, у яких усі процесорні елементи виконують ту саму програму, застосовувану до своїх, різним для кожного процесорного елементу, локальним даним. Деякі автори до цього класу відносять і векторно- конвеєрні комп'ютери, якщо кожний елемент вектора розглядати як окремий елемент потоку даних.
· MISD(Multiple Instruction Single Date) – множинний потік команд і єдиний потік даних . М. Флинн не зміг привести жодного прикладу реально існуючої системи, що працює на цьому принципі. Деякі автори як представники такої архітектури називають векторно- конвеєрні комп'ютери, однак така точка зору не одержала широкої підтримки.
· MIMD(Multiple Instruction Multiple Date) – множинний потік команд і множинний потік даних. До цього класу ставляться практично всі сучасні багатопроцесорні системи.
Тип архітектури SISD — "один потік команд — один потік даних", умовно зображено на рисунку 1.1.
В ЄОМ класичної архітектури ведеться послідовна обробка команд і даних. Команди надходять одна за іншою, за винятком крапок розгалуження програми, і для них з ОЗП або регістрів так само послідовно надходять операнди. Однієї команді або операції, відповідає один необхідний їй набір операндів, і як правило, два для бінарних операцій.
Рисунок 1.1 Комп’ютерна система типу SISD
Тип архітектури SIMD — "один потік команд — багато потоків даних" зображено на рисунку 1.2.
Рисунок 1.2. Ком’ютера система типу SIMD
У комп'ютерних системах даного типу, однією командою обробляється набір даних, множина даних, вектор, і виробляється безліч результатів. Це векторні й матричні системи, у яких по одній команді виконується одна й та сама операція над усіма елементами масиву — вектора або матриці, розподіленими між процесорними елементами або процесорами.
До типу MISD — «багато потоків команд — один потік даних» відносять векторний конвеєр, звичайно в складі обчислювальної системи, щоб підкреслити основний використовуваний принцип обчислень. На векторному конвеєрі виробляється послідовна обробка одного потоку даних багатьма обробними пристроями, станціями конвеєра. Принцип роботи показано на рисунку 1.3.
Рисунок 1.3.Комп’ютерная система типу MISD
Також існують наступні класифікації:
· Класифікація Фліна;
· Класифікація Энслоу;
· Доповнення до класифікації Фліна Ванга и Бриггса: конкретизація класів SISD, SIMD, MIMD.
· Класифікація Фенга: дві прості чисельні характеристики паралелізму, послівний і поразрядний паралелізм
· Класифікація Шора: шість «типових архітектур» обчислювальних систем.
· Класифікація Хендлера: кількісний опис паралелізму на трьох різних рівнях обробки даних, виконання програми, виконання команд, обробка бітів.
· Класифікація Хокні: конкретизація класу MIMD.
· Класифікація Шнайдера: конкретизація класа SIMD, основна ідея - виділення етапів вибірки й безпосередньо виконання в потоках команд і даних.
· Класифікація Джонсона: чотири класа MIMD-комп’ютерів, комп'ютери із загальною або розподіленою пам'яттю, запрограмованні за допомогою передачі повідомлень або поділюваних змінних.
· Класифікація Базу: послідовність рішень, прийнятих на етапі проектування архітектури.
· Класифікація Кришнамарфі: чотири якісні характеристики паралелізму, ступінь гранулярности паралелізму, спосіб реалізації, топологія й природа зв'язку процесоров, спосіб керування процесорами.
· Класифікація Скілікорна: опис архітектури комп'ютера як абстрактної структури, що складається з компонентів 4 типів (процесор команд, процесор даних, ієрархія пам'яті, комутатор).
· Класифікація Дазгупти: побудова схем архітектур із семи базових понять.
· Класифікація Дункана.
Хід роботи:
1. В залежності від варіанта, зобразите графічно принцип роботи комп'ютерної системи.
2. Складіть таблицю, порівняльних характеристик, комп’ютерної системи, які дані у вашому варіанті.
3. Внесіть у протокол лабораторної роботи структурну схему комп’ютерної системи і зрівняльну характеристику. Поясніть, різнику у продуктивності двох систем.
Таблиця 1.1
Таблиця для виконання варіанту
| № варіанта | Тип комп’ютерної системи | Комп’ютерна система для зрівняльної характеристики |
| Класифікація Фенга | Класифікація Фліна SISD | |
| Класифікація Дункана. | Класифікація Фліна MISD | |
| Класифікація Дазгупти | Класифікація Фліна SIMD | |
| Класифікація Скілікорна | Класифікація Фліна SISD | |
| Класифікація Кришнамарфі | Класифікація Фліна MISD | |
| Класифікація Базу | Класифікація Фліна SIMD | |
| Класифікація Хендлера | Класифікація Фліна SISD | |
| Класифікація Хокні | Класифікація Фліна MISD | |
| Класифікація Шора | Класифікація Фліна SIMD | |
| Класифікація Шнайдера | Класифікація Фліна SISD | |
| Класифікація Энслоу | Класифікація Фліна SIMD | |
| Класифікація Джонсона | Класифікація Фліна MISD |
Контрольні запитання:
1. Що називається комп’ютерною системою?
2. По яким ознакам класифікуються комп’ютерні системи?
3. Що таке комп’ютер в Фон-Неймоновському розумінні?
4. Поясніть принцип роботи системи MIMD.
5. Поясніть принцип роботи системи SIMD.
6. Поясніть принцип роботи системи SISD.
7. Поясніть принцип роботи системи MISD.
8. Які ще класифікації, окрім класифікації Фліна ви знаєте?
9. Чому класифікацію Фліна необхідно було доповнити?
10. Дайте визначення вектору даних.
11. Поясніть поняття «потік команд» і «потік даних».
12. До якої класифікації, відносять існуючі однопроцесорні системи?
Лабораторна робота №2 «Вивчення архітектури комп'ютерних систем»