Systemy operacyjne i sieci komputerowe Szymon Wilk Superkomputery 1

Transkrypt

1 i sieci komputerowe Szymon Wilk Superkomputery 1 1. Superkomputery to komputery o bardzo dużej mocy obliczeniowej. Przeznaczone są do symulacji zjawisk fizycznych prowadzonych głównie w instytucjach badawczych: meteorologicznych, sejsmograficznych, kosmologii, chemii, biologii, itp. Lista obecnie najszybszych komputerów znajduje się na stronie Obecnie najszybszym komputerem na świecie jest K computer w Japoni, jego szybkość to ponad 8000 Tflops (czyli ponad 8 petaflopsów!) a zbudowany jest z ponad 500 tys. procesorów. 2. Flops (ang. Floating Point Operations Per Second) ilość operacji na liczbach zmiennoprzecinkowych w ciągu 1 sekundy. Flops to jednostka wydajności komputerów.

2 i sieci komputerowe Szymon Wilk Model komputera 2 1. Wprowadzenie Pierwsze komputery były budowane w celu rozwiązania konkretnego problemu. Jeśli komputer miał rozwiązywać inne zadanie wymagało to zbudowania innego komputera lub w najlepszym wypadku przebudowę istniejącego. Problem ten rozwiązał John von Neumann wprowadzając model logicznego komputera. 2. Architektura komputera von Neumanna a) system komputerowy zbudowany w oparciu o architekturę von Neumanna: posiada skończoną liczbę rozkazów; posiada możliwość wprowadzenia programu z urządzenia zewnętrznego i zapisania go wraz z danymi w pamięci komputera dane i instrukcje są jednakowo dostępne dla procesora przetwarza informacje dzięki sekwencyjnemu odczytywaniu instrukcji z pamięci komputera, aby wykonać je w procesorze Podane warunki pozwalają przełączać system komputerowy z wykonania jednego zadania (programu) na inne bez fizycznej ingerencji w strukturę systemu, a tym samym gwarantują jego uniwersalność.

3 i sieci komputerowe Szymon Wilk Model komputera 3 b) postać modelu von Neumanna System komputerowy von Neumanna nie posiada oddzielnych pamięci do przechowywania danych i instrukcji co sprawia, że wykonywany program może się sam modyfikować traktując obszar instrukcji jako dane, a po przetworzeniu tych instrukcji - danych - zacząć je wykonywać. 3. Architektura harwardzka w odróżnieniu od architektury von Neumanna oddziela pamięć danych programu od pamięci rozkazów, zwiększając tym samym szybkość działania komputera. Separacja pamięci danych od pamięci rozkazów w praktyce polega na tym, że dane programu są najczęściej zapisane w nieulotnej pamięci ROM (EPROM/EEPROM), natomiast dla danych tymczasowych wykorzystana jest pamięć RAM (wewnętrzna lub zewnętrzna). 4. Architektura mieszana łączy cechy architektury harwardzkiej i von Neumanna. Oddzielone zostały pamięci danych i rozkazów, lecz wykorzystują wspólne magistrale danych i adresową, co ułatwia przesyłanie danych pomiędzy rozdzielonymi pamięciami. Obecne komputery wykorzystują tą architekturę.

4 i sieci komputerowe Szymon Wilk Model komputera 4 5. Współczesny model komputera a) procesor CPU (ang. CPU Central Processing Unit) zwany jednostką sterującą służy do dokonywania obliczeń arytmetyczno-logicznych. Elementy procesora: jednostka arytmetyczno-logiczna zwana również arytmometrem (ang. ALU Arithmetic Logic Unit), wykonuje działania arytmetyczne (dodawanie, odejmowanie ) oraz logiczne (porównanie wartości typów danych) układ sterowania zapewnia współdziałanie wszystkich bloków komputera a zadaniem jego jest wykonywanie kolejnych instrukcji programu i sterowanie przepływem danych

5 i sieci komputerowe Szymon Wilk Model komputera 5 rejestry to szybkie pamięci procesora służące do przechowywania danych potrzebnych procesorowi na czas wykonywania działań arytmetycznych i logicznych przez ALU Procesor ma skończoną liczbę rozkazów (to właśnie program komputerowy składa się z rozkazów), które potrafi wykonać Procesor wykonuje polecenia cyklicznie, a jego praca jest sterowana taktami zegara systemowego. Na jeden cykl pracy procesora składa się: pobranie rozkazu z pamięci, dekodowanie rozkazu, obliczanie komórek pamięci zawierających argumenty do działania, przekazanie argumentów do ALU i wykonanie w nim obliczenia, zapisanie wyników w pamięci. b) magistrala służy do połączenia wszystkich elementów komputera. W skład magistrali wchodzą: szyna sterująca - do przesyłania sygnałów sterujących pracą urządzeń; szyna adresowa - do przesyłania adresów komórek pamięci, z których procesor chce czytać lub w których chce pisać; szyna danych do przesyłania danych między elementami komputera

6 i sieci komputerowe Szymon Wilk Model komputera 6 c) pamięć służy do przechowywania danych i programów Rodzaje pamięci: ROM (ang. Read Only Memory) pamięć tylko do odczytu, jej zawartość jest utrzymywana po wyłączeniu zasilania. Pamięć ROM służy do przechowywania BIOS-u płyty głównej. Również inne urządzenia mogą zapisywać w tego rodzaju pamięciach potrzebne im dane, np. procedury startowe. Rodzaje pamięci ROM: EPROM (ang. Erasable Programmable ROM) może być kasowana przez naświetlanie światłem ultrafioletowym. Ograniczona ilość cykli kasowania i zapisywania EEPROM (ang. Electrically-Erasable Programmable ROM) elektryczne kasowanie i zapisywanie. Ograniczona ilość cykli kasowania i zapisywania od do razy Flash EEPROM, szybsza w zapisie, częściej używana. Do zapisu nie potrzebne urządzenia, wystarczy specjalne oprogramowanie. Ograniczona ilość cykli kasowania i zapisywania tak jak w EEPROM. Zastosowanie w PenDrive oraz w kartach pamięci Flash: MultiMedia Card (MMC), Secure Digital (SD), Memory Stick (MS), CompactFlash (CF), SmartMedia (SM), xd

7 i sieci komputerowe Szymon Wilk Model komputera 7 RAM (ang. Random Access Memory) mająca możliwość swobodnego odczytu i zapisu. Zawartość pamięci jest tracona po wyłączeniu zasilania. Pamięć RAM jest używana najczęściej jako pamięć operacyjna, czyli do przechowywania danych i programów, które aktualnie obsługuje procesor Pamięć RAM mają także zainstalowane inne urządzenia, np. karty graficzne, karty telewizyjne, karty sieciowe, karty dźwiękowe, drukarki Rodzaje pamięci RAM: SIMM (Single Inline Memory Module) (486, Pentium) DIMM SPR SDRAM (ang. Synchronous Dynamic Random Access Memory) (Pentium II, Pentium III, Celeron)

8 i sieci komputerowe Szymon Wilk Model komputera 8 DIMM DDR SDRAM (ang. Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory) (Pentium IV, Athlon, Duron, Sempron) DIMM DDR2 SDRAM (ang. Double Data Rate 2 Synchronous Dynamic Random Access Memory) (Pentium IV, Pentium D, Intel Core 2, Athlon 64 AM2, Sempron AM2 ) DIMM DDR3 SDRAM (ang. Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory (ver. 3) 2007 r.