Вы здесь

Псевдо SH-модель алгоритму та її використання для покращання характеристик складності блок-схем програм та пристроїв асоціативної пам'яті.

Автор: 
Саід Садек Абдалла
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2007
Артикул:
0407U002315
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РАЗДЕЛ 2
1. ПСЕВДО SH-МОДЕЛЬ АЛГОРИТМОВ И ОСОБЕННОСТИ ЕЁ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
1.1. Компьютерные системы
1.1.1. Архитектуры компьютеров
На основе проведенного в разделе 1 анализа видим, что использование характеристик сложности абстрактных алгоритмов недостаточно для практического проектирования компьютерных систем. Практическое проектирование базируется на опыте разработчиков по набору правил, объединённых под общим названием "архитектура компьютеров". В общем виде под этим термином понимают всё то, что компьютер или компьютерная система предоставляет пользователю. Несколько расширенную формулировку мы находим в книге известного учёного Э.Таненбаума "Архитектура компьютеров": "Под архитектурой компьютера понимается как его общая структура в целом, так и организация его отдельных элементов, необходимые для обеспечения его работоспособности. Таким образом, данный термин охватывает и компьютер, и кристаллы, схемы и системные программы, приложений, нужных для выполнения конкретных задач" [30]. Сюда также входят пользовательские системы программирования, системы команд и система управления, организация памяти и адресации к ней, интерфейса человек-компьютер и операций ввода-вывода и т.д. Реализация конкретной архитектуры на машинах данного семейства может быть различной, но все машины одного семейства должны быть способны выполнять одну и ту же программу. Они могут отличаться одна от другой на разных уровнях иерархии аппаратно-программных средств. Отличия касаются производительности и стоимости.
Описание архитектуры, кроме того, включает в себя разъяснение принципа действия и диапазона возможностей любого канального контроллера. Частью такого описания служит подробная структурная или принципиальная схема конкретной реальной, а не виртуальной машины.
Технические детали компьютерных средств, невидимые для пользователя, например, элементная база, на которой строятся электронные устройства компьютера, не входят в понятие архитектуры. Это как раз такая особенность компьютерных систем, которая по аналогии со строительством даёт возможность использовать для них термин "архитектура".
Общность архитектуры различных ЭВМ обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя. В процессе разработки вычислительной системы, её аппаратно-программных средств термин "архитектура" используется для описания принципа функционирования, конфигурации структуры и взаимосвязей основных логических узлов. И здесь термин "архитектура" перекликается со значением этого слова в его привычном смысле: архитектура - искусство строительства. Мы подчеркиваем эту аналогию, потому что архитектура компьютеров в большей степени является искусством опытных специалистов по компьютерной инженерии.
2.1.2. Принципы фон-Неймана
Теоретическим базисом построения современных компьютеров являются принципы, сформулированные фон-Нейманом. К ним относятся:
* принцип выполнения вычислений по программе;
* принцип хранимой программы;
* принцип иерархии памяти;
* принцип двоичной системы;
* принцип условного перехода.
Впервые эти принципы реализованы в модели вычислителя, предложенной фон-Нейманом, и получившей название машины с архитектурой фон-Неймана. Основным отличием этой архитектуры является последовательное выполнение команд по правилу одна команда - одно действие. В настоящее время существует несколько стилей архитектуры, которые отличаются использованием временного и пространственного параллелизма, разделением памяти на банки и т.д. Но все они базируются на соблюдении принципов фон-Неймана. А вот в более детальной, углубленной разработке компьютеров теоретические основы, за некоторым исключением, отсутствуют, проектирование ведётся по образцу ранее известных моделей [50]. К упомянутым исключениям относятся разработанные украинскими учёными математическая теория проектирования вычислительных систем, абстрактная теория автоматов, теория конвейерных систем, которые используются в данной диссертации [3, 5, 7, 9, 11, 26, 30, 47]. Следует упоминуть разработанный теоретический аппарат минимизации аппаратной сложности вентильных схем, который имел важнейшее практическое значение, когда схемы строились на дорогих и больших дискретных элементах. В связи с революционными изменениями в области технологии микроэлектроники ситуация изменилась, появились другие приоритеты.
2.1.3. Характеристики сложности компьютеров
Основные характеристики компьютеров определяются требованиями рынка, к ним относятся:
* отношение стоимость/производительность;
* надежность и отказоустойчивость;
* масштабируемость;
* совместимость и мобильность программного обеспечения.
Эти требования охватывают все этапы разработки, а именно, системный, функционально-логический, схемотехнический, конструкторский. К архитектурному проектированию относятся, главным образом, системный и функционально-логический этапы проектирования. На этих этапах используются две характеристики: производительность и объём оборудования, включая память. Производительность непосредственно связана с быстродействием. Термины "быстродействие" и "временная сложность" связанные между собой понятия. Объем оборудования эквивалентен аппаратной сложности. Наличие такой характеристики как аппаратная сложность принципиально отличает архитектурное построение от абстрактных алгоритмов. Ещё одно отличие - принцип иерархичности, важнейшее свойство архитектурных построений, также отсутствует в перечне свойств абстрактных алгоритмов.
Средствами отображения и моделирования процессов являются: структурные, функциональные, логические схемы; временные диаграммы; графы состояний; программы.
Таким образом, между теорией абстрактных алгоритмов и архитектурой компьютеров имеются существенные различия, которые не позволяют одновременно использовать преимущества этих двух направлений. Для этого необходимы новые теоретические построения, которые бы связали теорию абстрактных алгоритмов и архитектуру компьютеров.
Имеется также общие, с нашей точки зрения