Основные принципы построения современных ЭВМ

Введение…………………………………..……………………………………….3
1. Теоретические основы основных принципов построения современных ЭВМ…………………………………………………………………………5
1.1 Общие понятия ЭВМ…………………………………………………..5
1.2 Принципы построения современных ЭВМ…………………………..7
2. Общие понятия мультизадачности и свойства ее среды....…………….11
2.1 Понятие и история возникновения мультизадачности.……….……11
2.2 Свойства многозадачной среды……………………..……………….13
3. Основные принципы организации мультизадачности…………………16
3.1Способы реализации многозадачных операционных систем………16
3.2 Проблемные ситуации в многозадачных системах…………..…….19
Заключение………………………………………………………………………22
Список литературы……………………………………………………………...24

1.1 Общие понятия ЭВМ
Успехи в развитии вычислительной техники привели к значительному расширению сферы применения ЭВМ. Первоначально сравнительно узкая сфера применения ЭВМ, главным образом для научных и технических расчетов, в короткий срок существенно расширилась и охватила все области человеческой деятельности.
ЭВМ – совокупность технических устройств, предназначенных для автоматизированной обработки дискретных сообщений по тре­буемому алгоритму.
Идея автоматизации процесса обработки данных заложена в принцип действия ЭВМ.
На рисунке 1 изображена структурная схема абстрактной ЭВМ. Она позволит показать состав, порядок, и прин­ципы взаимодействия основных функциональных частей ЭВМ. [1, 34]

Рисунок 1 -  Структурная схема ЭВМ
Любая ЭВМ содержит следующие основные устройства:
- арифметико-логическое (АЛУ);
- управления (УУ);
- ввода данных в ЭВМ и вывода из нее результатов обработки (УВВ);
- память (ЗУ).
АЛУ и УУ образуют процессор.
...

1.2 Принципы построения современных ЭВМ
Принципы фон Неймана относятся к фундаментальным положениям, определившим на многие годы развитие вычислительной техники и кибернетики.
Основные принципы построения ЭВМ.
1. Программное управление работой ЭВМ
Основным принципом построения всех современных ЭВМ является принцип программного управления. Этот принцип обеспечивает универсальность использования компьютера: в определенный момент времени решается задача соответственно выбранной программе. После ее завершения в память загружается другая программа.
Программы состоят из отдельных шагов-команд; команда осуществляет единичный акт преобразования информации; последовательность команд, необходимая для реализации алгоритма, является программой; все разновидности команд, использующиеся в конкретной ЭВМ, в совокупности являются языком машины или системой команд машины.
Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.
...

2.1 Понятие и история возникновения мультизадачности
Многозадачность — свойство операционной системы обеспечивать возможность параллельной (или псевдопараллельной) обработки нескольких процессов. Истинная многозадачность операционной системы возможна только в распределённых вычислительных системах.
Многозадачные системы позволяют запустить одновременно несколько программ, которые будут работать параллельно. Истинная многозадачность операционной системы возможна только в распределённых вычислительных системах.
Изначально реализация многозадачных операционных систем представляла собой серьёзную техническую трудность, отчего внедрение многозадачных систем затягивалось, а пользователи долгое время после внедрения предпочитали однозадачные.
Далее, после появления нескольких удачных решений, многозадачные ОС стали совершенствоваться, и в настоящее время употребляются повсеместно.
...

2.2 Свойства многозадачной среды
Многозадачность может быть реализована не только в операционной, но и языковой среде. Например, спецификации языков программирования Modula-2 и Ada требуют поддержки многозадачности вне привязки к какой-либо операционной системе.
Поддержка многопользовательского режима. По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся на:
- однопользовательские (MS-DOS, Windows3.x, ранние версии OS/2);
- многопользовательские (UNIX, Windows NT).
Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Следует заметить, что не всякая многозадачная система является многопользовательской, и не всякая однопользовательская ОС является однозадачной. [14, 92]
Существует 2 типа многозадачности:
- Процессная многозадачность
Основана на процессах — одновременно выполняющихся программах.
...

3. Основные принципы организации мультизадачности

3.1 Способы реализации многозадачных операционных систем
Способы реализации многозадачных операционных систем:
1. Простое переключение
Тип многозадачности, при котором операционная система одновременно загружает в память два или более приложений, но процессорное время предоставляется только основному приложению. Для выполнения фонового приложения оно должно быть активизировано.
Подобная многозадачность может быть реализована не только в операционной системе, но и с помощью программ-переключателей задач. В этой категории известна программа DESQview, работавшая под DOS и впервые выпущенная в 1985 году.
Преимущества: можно задействовать уже работающие программы, написанные без учёта многозадачности.
Недостатки: невозможно в неинтерактивных системах, работающих без участия человека. Взаимодействие между программами крайне ограничено. [20, 112]
2.
...

- изучение способов реализации многозадачных операционных систем;
- анализ проблемных ситуаций в многозадачных системах.
Объектом исследования является основные принципы построения современных ЭВМ.
Предметом исследования является мультизадачность и основные принципы ее организации.
Для решения поставленных при проведении исследования задач были использованы методы группировки, обобщения и классификации данных, общенаучные приемы анализа и синтеза, методы логического, сравнительного, системного и структурного анализа, анализ литературы.
Информационную базу составили авторы Акулов О. А., Гвоздева В.А., Гаврилов М.В., Демидович Н.Б. и другие.

1. Теоретические основы основных принципов построения современных ЭВМ

1.1 Общие понятия ЭВМ
Успехи в развитии вычислительной техники привели к значительному расширению сферы применения ЭВМ.
...

3.2 Проблемные ситуации в многозадачных системах
Проблемные ситуации в многозадачных системах бывают: голодание, гонка, инверсия приоритета, постараемся поподробнее описать их.
1. Голодание (starvation)
Голодание происходит при задержке времени от пробуждения потока до его вызова на процессор, в течение которой он находится в списке потоков, готовых к исполнению.
Причина возникновения голодания определяется присутствием потоков с большими или равными приоритетами, которые исполняются все это время.
Отрицательный эффект заключается в том, что при возникновении задержки времени от пробуждения потока до исполнения им следующей важной операции, задерживается исполнение этой операции, а следом за ней и работа многих других компонентов.
Голодание создаёт узкое место в системе и не дает выжать из нее максимальную производительность, ограничиваемую только аппаратно- обусловленными узкими местами.
...

Заключение
Как только человек открыл для себя понятие «количество», он сразу же принялся подбирать инструменты, оптимизирующие и облегчающие счёт.
Сегодня сверхмощные компьютеры, основываясь на принципах математических вычислений, обрабатывают, хранят и передают информацию – важнейший ресурс и двигатель прогресса человечества.
Нетрудно составить представление о том, как происходило развитие вычислительной техники, кратко рассмотрев основные этапы этого процесса.
Развитие современной вычислительной техники уже позволяет говорить и о компьютерах шестого поколения. Это электронные и оптоэлектронные ЭВМ, работающие на десятках тысяч микропроцессоров, характеризующиеся массовым параллелизмом и моделирующие архитектуру нейронных биологических систем, что позволяет им успешно распознавать сложные образы.
...