Сделай Сам Свою Работу на 5

Структурная и функциональная организация системы





Системы обработки данных. Вычислительный комплекс.

Вычислительная система

СОД - это совокупность технических средств и программного обеспечения (ПО), предназначенная для информационного обслуживания пользователей и (или) технических объектов (рисунок 1).

 
 

СОД делятся на два больших класса:

· СОД общего назначения

· Автоматизированные СОД (АСОД).

АСОД или просто АС - это человеко-машинная система, в которой информация об объекте управления или исследования (изучения) собирается и обрабатывается с помощью ЭВМ, а результаты обработки выдаются человеку-оператору АС и используются им для принятия решения по управлению (исследованию) объектом.

К классу АС относятся: информационно-измерительные системы (ИИС), АС управления технологическими процессами (АСУ ТП) и т.п. АС.

Технические средства СОД строятся на базе ЭВМ (в основном). Следует отметить, что в настоящее время термин ЭВМ (компьютер) трактуется широко - под ним понимается не только аппаратура, но и ПО, т.е. система в целом. Поэтому в ВТ аппаратную часть СОД обычно называют ВК. ВК - это аппаратная основа всех СОД.



 
 

Определение вычислительной системы. Под ВС понимается система, состоящая из двух частей (элементов) — АО и ПО, находящихся во взаимодействии (рисунок 1.2). Здесь: АО - аппаратное обеспечение. АО ВС -это технические средства ВС, т.е. ВК. ПО ВС - это системное ПО (СПО) и прикладное ПО (ППО), т.е., если точнее, ВС состоит из трех частей (рисунок 1.3).

 
 

Понятие ВС по составляющим элементам (АО+ПО) похоже на понятие СОД. Однако это разные понятия. Когда говорят СОД, то имеют в виду назначение системы, т. е. управление конкретным объектом (двигателем, например).

Термин ВС в ВТ используется тогда, когда разработчика СОД интересуют различные характеристики СОД. ВС - это сложная динамическая система, т.е. совокупность элементов системы и связей между ними, рассматриваемая в динамике, во взаимодействии.

Теория ВС состоит из двух разделов: архитектура ВС и метрическая теория ВС.

Архитектура ВС включает общую логическую организацию ВС. режимы работы (т.е. взаимодействие АО и способы представления данных,



способы адресации и т.д.

Метрическая теория ВС занимается вопросами получения количественных оценок показателен, характеризующих организацию и функционирование ВС. В метрической теории исследуется (объясняется) влияние организации ВС на ее характеристики: производительность, надежность, стоимость и др. Здесь ставятся н решаются задачи выбора (определения) оптимальных параметров элементов, входящих в состав проектируемых систем.

Следует отметить, что в популярных источниках вместо терминов СОД, АС, ВК, ВС обычно используют термин ЭВМ (или компьютер), т.е. термином ЭВМ обычно называют СОД, другими словами, ВК – решающий какие-то конкретные задачи.

Известно, что ЭВМ относится к классу сложных систем. Поэтому при изучении принципов организации ЭВМ не обойтись без основных понятий из теории сложных систем.

Система - это совокупность элементов, объединенных в единое целое для достижения определенной цели.

ЭВМ - это система, предназначенная для автоматизации обработки информации на основе алгоритмов.

Сложные системы проектируются по принципу: от функции системы к се структуре, а также по принципу «сверху - вниз». Такой подход к проектированию сложных систем называется функциональным. Если проектирован и с сложных систем осуществляется именно так. то и изучение сложных систем разумно вести по такой же схеме: сверху - вниз, от функции к структуре.

Проектирование - это разработка такого описания проектируемой системы, которое позволяет ответить на вопросы: I) как система устроена? 2) как функционирует'? 3) как се построить (изготовить)'? Ответ на третий вопрос важен при производстве систем в заводских условиях. Ответы на первые два вопроса очень важны при изучении системы.



Другими словами, под проектированием системы понимается разработка (получение) такого описания сложной системы, которого достаточно для се изготовления, эксплуатации и изучения.

Отсюда схема изложения материала курса: сверху - вниз, от функции к структуре. Из определения ЭВМ следует функция ЭВМ (рисунок 4): обработка исходных данных D на основе алгоритма А с целью получения результата К. Это первый, верхний уровень в иерархии описаний ЭВМ.

Далее известно, что ЭВМ состоит из устройств (внутренних элементов): процессоров, запоминающих устройств (ЗУ), устройств ввода-вывода (УВВ). Поэтому на втором уровне иерархии (более детальном) описание ЭВМ можно представить схемой, изображенной на рисунке 5. На этом уровне предстоит ответить па вопрос: откуда взялись и для чего предназначены эти устройства (понятия): центральный процессор (ЦП), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), устройство ввода-вывода (УВВ), общая шина (ОШ).

В свою очередь, на следующем уровне детализации (иерархии описаний) раскрывается внутренняя организация устройств, из которых строится ВК. Например, ЦП строится на базе арифметико-логического устройства (АЛУ), центрального устройства управления (ЦУУ), регистров общего назначения (РОН) и т.д. до известного вам уровня схемотехники.

В результате мы получим иерархию описаний ЭВМ. составленных по принципу «сверху - вниз» (в смысле сложности) и от функции F к структуре S (при обосновании внутренней структуры и организации элементов устройств).

С точки зрения теории сложных систем система считается заданной (т.е. спроектированной), если определены и описаны се функция и структура (схема).

Другие основные понятия из теории сложных систем, которыми мы будем пользоваться: функция системы, структура системы, организация системы, элемент системы.

Функция системы- это такое описание системы, из которого ясно, как достигается поставленная перед системой цель. Другими словами, функция системы - это правила получения результатов, вытекающих из назначения системы. Например, назначением АЛУ является выполнение арифметических и логических операций (АЛО). Отсюда функция АЛУ -правила получения результатов, т.е. правила выполнения арифметических и логических операций. Эти правила задаются путём описания алгоритмов выполнения АЛО: Fajiy =+, А-, ... } - перечень алгоритмов операций сложения, вычитания, и т. д.

Структура системы - это фиксированная совокупность элементов и связей между ними (элементами). Структуру системы принято изображать графически, в виде схемы, состоящей из элементов и связей (стрелок, линий) между элементами.

Со схемами, изображающими внутреннюю структуру интегральных схем (ИС), мы хорошо знакомы по курсу «Схемотехника». Пример: АЛУ строится на базе известных вам элементов: сумматоров, регистров, счетчиков, мультиплексоров, демультиплексоров и др.

 

Структурная и функциональная организация системы

Организация— это способ приведения в порядок элементов, целью которой является получение требуемых функций в системах, состоящих из большого числа элементов.

Пример: триггер. Эффект хранения и новые качества зависят от внутренней организации.

Суть понятия организация заключается в ответе на вопрос: как организовать элементы в единое целое, чтобы получить нужный эффект — заданную функцию? В технике этот вопрос обычно формулируется так: организовать элементы в систему наилучшим, оптимальным образом.

В теории сложных систем различают два типа организации — функциональную и структурную.

Функциональная организация – это принципы построения абстрактных систем, то есть систем, заданных только их функциями. Примеры: таблица истинности для логических элементов (ЛЭ), набор алгоритмов операций - для АЛУ.

Структурная организация - это принципы перевода абстрактных систем в материальные (реальные) системы. Другими словами, это методы, приёмы, правила, с помощью которых осуществляется переход от функции F системы к структуре S, её реализующей (F—>S). Примеры: переход от таблицы истинности для ЛЭ к схеме (структуре) ЛЭ, переход от функции АЛУ РАЛУ к структуре АЛУ.

Следует отметить, что если переход от F к S, а также с одного уровня иерархии на другой, более детальный, подробный (сверху - вниз) формализован, то процесс проектирования осуществляется за один шаг, т. к. сводится к добросовестному следованию правилам перехода от F к S.

Однако, к сожалению, чаще всего этот переход не формализован. Как выход используют эвристические, не формальные методы проектирования, которые не гарантируют получение оптимального решения за один шаг.

Поэтому проектирование сложных систем носит итерационный характер. Результат проектирования существенно зависит от опыта и интуиции разработчика.

Элемент— это условное понятие, удобное для описания системы на данном уровне иерархии (детализации). Элемент — неделимая частица лишь на данном уровне иерархии. На других более низких уровнях элемент рассматривается как система, структура которой, в свою очередь, строится на основе более простых элементов и связей между ними.

Пример: АЛУ строится на базе сумматоров, регистров, счётчиков и т.п. элементов. В свою очередь, каждый из них строится на базе элементов другого уровня - логических элементов. Каждый ЛЭ, в свою очередь, состоит из известных вам полупроводниковых (электронных) элементов: транзисторов, резисторов, диодов, конденсаторов и электрических проводников для связи между ними.

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.