Αρχιτεκτονική συστήματος υπολογιστών: ταξινόμηση και ορισμός

Σύγχρονες λύσεις ηλεκτρονικών υπολογιστών μπορούν να είναιταξινομούνται, με βάση την κατανομή τους σε μια συγκεκριμένη αρχιτεκτονική. Αλλά τι μπορεί να είναι; Ποιες είναι οι κύριες προσεγγίσεις για την κατανόηση αυτού του όρου;

Η αρχιτεκτονική των συστημάτων πληροφορικής ως ένα σύνολο εξαρτημάτων υλικού

Ποια είναι η ουσία της αρχιτεκτονικήςσύστημα υπολογιστών "; Με τον κατάλληλο όρο, καταρχήν, μπορεί κανείς να καταλάβει ένα σύνολο ηλεκτρονικών στοιχείων, από τα οποία αποτελείται ένας υπολογιστής, αλληλεπιδρώντας μέσα σε έναν συγκεκριμένο αλγόριθμο χρησιμοποιώντας διαφορετικούς τύπους διεπαφών.

Τα κύρια συστατικά που αποτελούν το σύστημα του υπολογιστή είναι:

• συσκευή εισόδου?
• βασικό υπολογιστικό chipset.
• Συσκευές αποθήκευσης δεδομένων.
• στοιχεία σχεδιασμένα για την παραγωγή πληροφοριών.

Με τη σειρά του, κάθε ένα από τα επισημασμένα στοιχείαμπορεί να περιλαμβάνει μεγάλο αριθμό μεμονωμένων συσκευών. Για παράδειγμα, το κύριο υπολογιστικό chipset μπορεί να περιλαμβάνει έναν επεξεργαστή, ένα chipset στη μητρική πλακέτα, μια μονάδα επεξεργασίας γραφικών. Σε αυτή την περίπτωση, ο ίδιος επεξεργαστής μπορεί να αποτελείται από άλλα στοιχεία: για παράδειγμα, ο πυρήνας, μνήμη cache, καταχωρητές.

Συνεχίζοντας, στην πραγματικότητα, από τη δομή του σκυροδέματοςεξαρτήματα υλικού του υπολογιστή, καθορίζεται ποια αρχιτεκτονική του συστήματος υπολογιστών είναι κατασκευασμένη. Ας εξετάσουμε τα βασικά κριτήρια βάσει των οποίων μπορούν να ταξινομηθούν αυτές ή άλλες λύσεις πληροφορικής.

Ταξινόμηση συστημάτων υπολογιστών

Σύμφωνα με την κοινή προσέγγιση στο περιβάλλον των εμπειρογνωμόνων, τα συστήματα υπολογιστών στην αρχιτεκτονική τους μπορεί να περιλαμβάνουν:

• στο mainframe?
• σε ένα μικροϋπολογιστή.
• σε προσωπικούς υπολογιστές.

Πρέπει να σημειωθεί ότι αυτή η ταξινόμησηυπολογιστικές λύσεις, σύμφωνα με τις οποίες η αρχιτεκτονική του συστήματος υπολογιστών μπορεί να προσδιοριστεί, θεωρείται παρωχημένη από πολλούς ειδικούς. Συγκεκριμένα, οι ίδιοι προσωπικοί υπολογιστές σήμερα μπορούν να χωριστούν σε μεγάλο αριθμό ποικιλιών, πολύ ανόμοιο σε σκοπό και χαρακτηριστικά.

Έτσι, όπωςτα συστήματα ηλεκτρονικών υπολογιστών, η αρχιτεκτονική υπολογιστών μπορεί να ταξινομηθεί με διάφορα κριτήρια. Ωστόσο, το καθορισμένο σχέδιο θεωρείται παραδοσιακό. Θα ήταν χρήσιμο να το εξετάσουμε λεπτομερέστερα. Σύμφωνα με αυτό, ο πρώτος τύπος υπολογιστή - εκείνοι που σχετίζονται με την αρχιτεκτονική των μεγάλων μηχανών.

Μεγάλοι υπολογιστές

Mainframes ή mainframes, τα πιο συχνάπου χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία - ως κέντρα δεδομένων για διάφορες διαδικασίες παραγωγής. Μπορούν να εγκατασταθούν ισχυρά, εξαιρετικά υψηλής απόδοσης μάρκες.

Θεωρείται αρχιτεκτονική συστήματος υπολογιστώνμπορεί να εκτελέσει έως και αρκετές δεκάδες δισεκατομμύρια υπολογισμούς ανά δευτερόλεπτο. Οι μεγάλοι υπολογιστές είναι ασύγκριτα ακριβότεροι από άλλα συστήματα. Κατά κανόνα, η συντήρησή τους απαιτεί τη συμμετοχή αρκετά μεγάλου αριθμού ατόμων με τα απαιτούμενα προσόντα. Σε πολλές περιπτώσεις, η δουλειά τους διεξάγεται μέσα στα τμήματα που οργανώνονται ως το κέντρο πληροφορικής της επιχείρησης.

Μικροϋπολογιστής

Αρχιτεκτονική Υπολογιστών και Υπολογιστώντα δίκτυα που βασίζονται σε αυτά μπορούν να αντιπροσωπεύονται από λύσεις που ταξινομούνται ως μίνι υπολογιστές. Γενικά, ο σκοπός τους μπορεί να είναι παρόμοιος με αυτόν που ισχύει για τα mainframes: η χρήση ενός κατάλληλου τύπου υπολογιστή στη βιομηχανία είναι αρκετά συνηθισμένη. Αλλά, κατά κανόνα, η χρήση τους είναι χαρακτηριστική για σχετικά μικρές επιχειρήσεις, μεσαίες επιχειρήσεις, επιστημονικές οργανώσεις.

Σύγχρονα μικροεπεξεργαστές: ευκαιρίες

Σε πολλές περιπτώσεις, η χρήση αυτών των υπολογιστώνπου διεξάγεται μόνο για την αποτελεσματική διαχείριση των ενδοεταιρικών δικτύων. Έτσι, οι εξεταζόμενες λύσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν, ειδικότερα, ως διακομιστές υψηλής απόδοσης. Είναι επίσης εξοπλισμένα με πολύ ισχυρούς επεξεργαστές, όπως για παράδειγμα το Xeon Phi της Intel. Αυτό το τσιπ μπορεί να λειτουργεί με ταχύτητα μεγαλύτερη από 1 teraflops. Ο αντίστοιχος επεξεργαστής έχει σχεδιαστεί για την κατασκευή τεχνολογίας διεργασίας 22 nm και έχει εύρος ζώνης μνήμης 240 GB / s5.

Προσωπικοί υπολογιστές

Ο επόμενος τύπος αρχιτεκτονικής υπολογιστών είναι ο Η / Υ. Είναι ίσως το πιο κοινό. Οι υπολογιστές δεν είναι τόσο ισχυροί και υψηλής απόδοσης όπως τα mainframes και οι μικροϋπολογιστές, αλλά σε πολλές περιπτώσεις είναι σε θέση να επιλύσουν προβλήματα τόσο στη βιομηχανία όσο και στην επιστήμη, για να μην αναφέρουμε τα τυπικά καθήκοντα των χρηστών, όπως η εκκίνηση εφαρμογών και παιχνιδιών.

Ένα άλλο αξιοσημείωτο χαρακτηριστικόπου χαρακτηρίζουν τους προσωπικούς υπολογιστές, είναι ότι οι πόροι τους μπορούν να συγκεντρωθούν. Έτσι, η υπολογιστική ισχύ ενός αρκετά μεγάλου αριθμού υπολογιστών μπορεί να συγκριθεί με τις επιδόσεις των αρχιτεκτονικών υπολογιστών μιας ανώτερης κατηγορίας, αλλά, φυσικά, είναι αρκετά προβληματικό να επιτευχθούν τα επίπεδά τους ονομαστικά με τη βοήθεια ενός Η / Υ.

Ακόμη η αρχιτεκτονική των συστημάτων πληροφορικήςτα δίκτυα που βασίζονται σε προσωπικούς υπολογιστές χαρακτηρίζονται από ευελιξία, όσον αφορά την εφαρμογή σε διάφορους κλάδους, τη διαθεσιμότητα και την επεκτασιμότητα.

Προσωπικοί υπολογιστές: ταξινόμηση

Όπως σημειώσαμε παραπάνω, οι υπολογιστές μπορούν να ταξινομηθούν σε μεγάλο αριθμό ποικιλιών. Μεταξύ αυτών: επιτραπέζιους υπολογιστές, φορητούς υπολογιστές, tablet, PDA, smartphones - συνδυάζοντας υπολογιστές και τηλέφωνα.

Κατά κανόνα, το πιο ισχυρό και παραγωγικόΟι αρχιτεκτονικές έχουν επιτραπέζιους υπολογιστές. τα λιγότερο ισχυρά είναι τα smartphones και τα tablet λόγω του μικρού τους μεγέθους και της ανάγκης να μειωθούν σημαντικά οι πόροι των εξαρτημάτων υλικού. Αλλά πολλές από τις σχετικές συσκευές, ειδικά τα κορυφαία μοντέλα, από την άποψη της ταχύτητας, καταρχήν, είναι συγκρίσιμα με τα κορυφαία μοντέλα φορητών υπολογιστών και υπολογιστές γραφείου.

Η χαρακτηρισμένη ταξινόμηση των προσωπικών υπολογιστών υποδεικνύει το δικό τουςκαθολικότητα: σε ορισμένες ποικιλίες μπορούν να επιλύσουν τυπικά καθήκοντα χρήστη, παραγωγή, επιστημονικά, εργαστηριακά. Το λογισμικό, η αρχιτεκτονική των συστημάτων πληροφορικής του κατάλληλου τύπου σε πολλές περιπτώσεις είναι προσαρμοσμένα για χρήση από έναν απλό πολίτη που δεν έχει ειδική εκπαίδευση, που μπορεί να απαιτείται από ένα άτομο που εργάζεται με κεντρικό υπολογιστή ή μίνι υπολογιστής.

Πώς να καθορίσετε την αντιστοίχιση μιας υπολογιστικής λύσης σε έναν υπολογιστή;

Το κύριο κριτήριο για την εκχώρηση υπολογιστώνΟι λύσεις PC είναι γεγονός του προσωπικού του προσανατολισμού. Δηλαδή, ο κατάλληλος τύπος υπολογιστή έχει σχεδιαστεί κυρίως για χρήση από ένα μόνο χρήστη. Ωστόσο, πολλοί από τους πόρους υποδομής στους οποίους αναφέρεται, είναι αναμφισβήτητο κοινωνικό χαρακτήρα: αυτό μπορεί να ανιχνευθεί με το παράδειγμα της χρήσης του Διαδικτύου. Ενώ η υπολογιστική λύση είναι προσωπική, η πρακτική αποτελεσματικότητα στη χρήση της μπορεί να καταγραφεί μόνο αν κάποιος αποκτήσει πρόσβαση σε πηγές δεδομένων που δημιουργούνται από άλλους ανθρώπους.

Κατάταξη λογισμικού για αρχιτεκτονικές υπολογιστών: κεντρικά υπολογιστές και μεσαίες υπολογιστές

Μαζί με την ταξινόμηση των υπολογιστών,που εξετάζονται παραπάνω, υπάρχουν επίσης κριτήρια για την απόδοση σε ορισμένες κατηγορίες προγραμμάτων που είναι εγκατεστημένα στους κατάλληλους τύπους υπολογιστών. Όσον αφορά τους κεντρικούς υπολογιστές και εκείνους που βρίσκονται κοντά τους με σκοπό, και σε ορισμένες περιπτώσεις, τις επιδόσεις μίνι υπολογιστών, κατά κανόνα συνειδητοποιούν τη δυνατότητα χρήσης διαφόρων λειτουργικών συστημάτων προσαρμοσμένων για την επίλυση συγκεκριμένων προβλημάτων παραγωγής. Συγκεκριμένα, τα δεδομένα του λειτουργικού συστήματος μπορούν να προσαρμοστούν για την εκκίνηση διαφόρων εργαλείων αυτοματισμού, virtualization, εφαρμογή βιομηχανικών προτύπων, ενσωμάτωση με διάφορα είδη λογισμικού εφαρμογών.

Κατάταξη λογισμικού: προσωπικοί υπολογιστές

Μπορούν να παρουσιαστούν προγράμματα για συνηθισμένους υπολογιστές.σε εκδόσεις που είναι βελτιστοποιημένες για την επίλυση, με τη σειρά τους, των καθηκόντων των χρηστών, καθώς και των παραγωγικών που δεν απαιτούν το επίπεδο απόδοσης που χαρακτηρίζει mainframes και minicomputers. Υπάρχουν, συνεπώς, προγράμματα για βιομηχανικούς, επιστημονικούς, εργαστηριακούς υπολογιστές. Το λογισμικό, η αρχιτεκτονική των συστημάτων πληροφορικής του κατάλληλου τύπου εξαρτάται από τον συγκεκριμένο κλάδο στον οποίο χρησιμοποιούνται, στο επιδιωκόμενο επίπεδο δεξιοτήτων των χρηστών: είναι προφανές ότι οι επαγγελματικές λύσεις για βιομηχανικό σχεδιασμό ενδέχεται να μην σχεδιάζονται για άτομα που έχουν μόνο βασικές γνώσεις στην εφαρμογή προγραμμάτων ηλεκτρονικών υπολογιστών.

Προγράμματα PC σε διάφορες ποικιλίεςέχουν σε πολλές περιπτώσεις μια διαισθητική διεπαφή, διάφορα έγγραφα τεκμηρίωσης. Με τη σειρά του, η δύναμη των κεντρικών υπολογιστών και των μικροϋπολογιστών μπορεί να αξιοποιηθεί πλήρως, με την προϋπόθεση όχι μόνο να ακολουθηθούν οι οδηγίες, αλλά και αν ο χρήστης αλλάξει τακτικά τη δομή των προγραμμάτων που εκτελούνται: αυτό μπορεί να απαιτεί επιπλέον γνώσεις, π.χ. σχετικά με τη χρήση γλωσσών προγραμματισμού.

Επίπεδα αρχιτεκτονικής λογισμικού Η / Υ

Η έννοια της "αρχιτεκτονικής συστημάτων ηλεκτρονικών υπολογιστών"Η πληροφορική, ανάλογα με τις απόψεις του συγγραφέα της, μπορεί να ερμηνευτεί με διαφορετικούς τρόπους. Μια άλλη κοινή ερμηνεία του αντίστοιχου όρου συνεπάγεται τη συσχέτιση του με τα επίπεδα λογισμικού. Σε αυτή την περίπτωση, δεν έχει καμία θεμελιώδη σημασία σε ποιο συγκεκριμένο υπολογιστικό σύστημα εφαρμόζονται τα αντίστοιχα επίπεδα λογισμικού.

Σύμφωνα με αυτή την προσέγγιση, στο σημείοη αρχιτεκτονική υπολογιστών θα πρέπει να κατανοεί ένα σύνολο διαφόρων τύπων δεδομένων, λειτουργιών, χαρακτηριστικά λογισμικού που χρησιμοποιούνται για τη διατήρηση της λειτουργίας των στοιχείων του ηλεκτρονικού υπολογιστή, καθώς και να δημιουργούν συνθήκες υπό τις οποίες ο χρήστης μπορεί να εφαρμόσει αυτούς τους πόρους στην πράξη.

Αρχιτεκτονικές επιπέδου λογισμικού

Οι ειδικοί προσδιορίζουν τις ακόλουθες βασικές αρχιτεκτονικές συστημάτων υπολογιστών στο πλαίσιο της προσέγγισης της κατανόησης του σχετικού όρου:

• ψηφιακή λογική αρχιτεκτονική μιας λύσης πληροφορικής - στην πραγματικότητα, υλικό PC με τη μορφή διαφόρων ενότητες, κελιών, καταχωρητών - για παράδειγμα, εκείνων που βρίσκονται στη δομή του επεξεργαστή.
• μικρο-αρχιτεκτονική στο επίπεδο ερμηνείας διαφόρων μικροπρογραμμάτων.
• αρχιτεκτονική των ειδικών εντολών εκπομπής - στο επίπεδο συναρμολόγησης.
• την αρχιτεκτονική της ερμηνείας των αντίστοιχων εντολών και της εφαρμογής τους στον κώδικα του προγράμματος που είναι κατανοητό για το λειτουργικό σύστημα.
• αρχιτεκτονική σύνταξης που σας επιτρέπει να κάνετε αλλαγές στους κώδικες προγραμμάτων διαφόρων τύπων λογισμικού.
• αρχιτεκτονική των γλωσσών υψηλού επιπέδου, επιτρέποντας την προσαρμογή των κωδικών προγραμμάτων για την επίλυση συγκεκριμένων προβλημάτων των χρηστών.

Αξία ταξινόμησης αρχιτεκτονικής λογισμικού

Φυσικά, αυτή η ταξινόμηση στο πλαίσιοθεωρώντας ότι ο όρος αυτός είναι κατάλληλος για τα επίπεδα λογισμικού μπορεί να είναι πολύ εξαρτημένος. Η αρχιτεκτονική υπολογιστών και ο σχεδιασμός συστημάτων πληροφορικής, ανάλογα με τη δυνατότητα κατασκευής και τον σκοπό τους, μπορεί να απαιτούν διαφορετικές προσεγγίσεις των προγραμματιστών στην ταξινόμηση των επιπέδων λογισμικού, καθώς και στην κατανόηση της ουσίας του εν λόγω όρου.

Αν και τα δεδομένα υποβολήςθεωρητική, η επαρκής κατανόησή τους έχει μεγάλη σημασία καθώς συμβάλλει στην ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών εννοιολογικών προσεγγίσεων για την οικοδόμηση ορισμένων τύπων υπολογιστικής υποδομής, επιτρέπει στους προγραμματιστές να βελτιστοποιούν τις λύσεις τους στις ανάγκες των χρηστών που επιλύουν συγκεκριμένα προβλήματα.

Περίληψη

Έτσι, έχουμε ορίσει την ουσία του όρου "αρχιτεκτονικήυπολογιστικό σύστημα ", τον τρόπο με τον οποίο μπορεί να προβληθεί ανάλογα με το δεδομένο πλαίσιο. Σύμφωνα με έναν από τους παραδοσιακούς ορισμούς, η κατάλληλη αρχιτεκτονική μπορεί να γίνει κατανοητή ως η δομή υλικού ενός Η / Υ, ο οποίος προκαθορίζει το επίπεδο απόδοσής του, την εξειδίκευση και τις απαιτήσεις για την πιστοποίηση των χρηστών. Αυτή η προσέγγιση περιλαμβάνει την κατηγοριοποίηση των σύγχρονων αρχιτεκτονικών υπολογιστών σε 3 βασικές κατηγορίες - κεντρικά υπολογιστές, μικρομηχανήματα και υπολογιστές (οι οποίοι, με τη σειρά τους, μπορούν επίσης να εκπροσωπούνται από διάφορους τύπους υπολογιστικών λύσεων).

Κατά κανόνα, κάθε είδος καθορισμένων αρχιτεκτονικώνμε σκοπό την επίλυση ορισμένων προβλημάτων. Οι κεντρικοί υπολογιστές και οι μικροϋπολογιστές χρησιμοποιούνται συχνότερα στη βιομηχανία. Με τη βοήθεια ενός υπολογιστή, είναι επίσης δυνατή η επίλυση ενός ευρέος φάσματος προβλημάτων παραγωγής, η πραγματοποίηση μηχανικών εξελίξεων - για το σκοπό αυτό, προσαρμόζεται και η κατάλληλη αρχιτεκτονική των συστημάτων πληροφορικής. Εργαστηριακές εργασίες, επιστημονικά πειράματα με αυτή την τεχνική γίνονται όλο και πιο ξεκάθαρα και πιο αποτελεσματικά.

Μια άλλη ερμηνεία του εν λόγω όρουσυνεπάγεται τη συσχέτισή του με συγκεκριμένα επίπεδα λογισμικού. Με αυτή την έννοια, η αρχιτεκτονική των συστημάτων πληροφορικής είναι ένα πρόγραμμα εργασίας που εξασφαλίζει τη λειτουργία ενός υπολογιστή, καθώς και τη δημιουργία προϋποθέσεων για την πρακτική χρήση της υπολογιστικής του ισχύος στην πράξη για την επίλυση διαφόρων καθηκόντων του χρήστη.