Архитектура на компютърната система: класификация и дефиниция

Съвременните компютърни решения могат да бъдат класифицирани въз основа на приписването им на определена архитектура. Но какво може да бъде? Какви са основните подходи към разбирането на този термин?

Архитектурата на компютърните системи като набор от хардуерни компоненти

Каква е същността на понятието "архитектура на компютърната система"? С подходящия термин, на първо място, може да се разбере набор от електронни компоненти, от които се състои компютър, взаимодействащи в рамките на определен алгоритъм, използвайки различни типове интерфейси.

Основните компоненти, които са част от компютърната система:

• входно устройство;
• основен изчислителен чипсет;
• устройства за съхранение на данни;
• компоненти, предназначени за извеждането на информация.

От своя страна, всеки от маркираните компоненти може да включва голям брой отделни устройства. Например, основният изчислителен чипсет може да включва процесор, чипсет на дънната платка, модул за обработка на графики. В този случай същият процесор може да се състои от други компоненти: например сърцевината, кеш паметта, регистрите.

Провеждайки в действителност от структурата на специфични хардуерни компоненти на компютъра, се определя коя архитектура на компютърната система е изградена. Да разгледаме основните критерии, според които тези или други компютърни решения могат да бъдат класифицирани.

Класификация на компютърни системи

В съответствие с общия подход в експертната среда компютърните системи в тяхната архитектура могат да включват:

• към мейнфрейма;
• към миникомпютър;
• към персоналните компютри.

Трябва да се отбележи, че тази класификация на изчислителните решения, според която архитектурата на компютърната система може да бъде определена, се признава от много експерти като остаряла. В частност, същите персонални компютри днес могат да бъдат разделени на голям брой сортове, много различни по отношение на целите и характеристиките.

По този начин, тъй като компютърните системи се развиват, компютърна архитектура могат да бъдат класифицирани чрез промяна на критериите. Въпреки това тази схема се счита за традиционна. Ще бъде полезно да я разгледаме по-подробно. В съответствие с него, първият вид компютър - тези, които принадлежат към архитектурата на големи машини.

Големи компютри

Големите компютри или мейнфреймите най-често се използват в индустрията - като центрове за данни за различни производствени процеси. Те могат да бъдат инсталирани мощни, изключително високи чипове.

Архитектурата на разглежданата компютърна система може да изпълнява до няколко десетки милиарди изчисления в секунда. Големите компютри не са сравними с другите системи. По правило поддръжката им изисква участието на доста голям брой хора, които имат необходимата квалификация. В много случаи работата им се осъществява в рамките на звената, организирани като компютърни центрове на предприятието.

Миникомпютър

Архитектурата на компютърните системи и компютърните мрежи на тяхна основа може да бъде представена от решения, класифицирани като мини-компютър. Като цяло целта им може да бъде същата както в случая на мейнфреймите: много често се използва подходящ тип компютри в индустрията. Но, като правило, тяхното използване е характерно за относително малки предприятия, средни предприятия, научни организации.

Съвременни мини компютри: възможности

В много случаи използването на тези компютри се извършва само за ефективно управление на интранет мрежи. По този начин разглежданите решения могат да се използват по-специално като високопроизводителни сървъри. Те също така са оборудвани с много мощни процесори, като например Xeon Phi от Intel. Този чип може да работи със скорост над 1 терафлоп. Съответният процесор е предназначен за производство на 22 nm технологична технология и има широчина на честотната лента от 240 GB / s5.

Персонални компютри

Следващият тип компютърна архитектура е компютър. Това вероятно е най-често срещаното. Компютрите не са толкова мощни като мейнфрейм и висока производителност и микро-компютри, но в много случаи са в състояние да решават проблеми в областта на промишлеността и науката, да не говорим за обикновения потребител задачи, като например стартирането на приложения и игри.

Друга забележителна характеристика, която характеризира персоналните компютри, е, че техните ресурси могат да бъдат комбинирани. Следователно изчислителната мощ на достатъчно голям брой персонални компютри може да бъде сравнима с работата на компютърните архитектури от по-висок клас, но, разбира се, достигането на техните нива номинално с компютър е много проблематично.

Независимо от това, архитектурата на компютърните системи и мрежи, базирани на персонални компютри, се характеризира с универсалност, по отношение на внедряването в различни отрасли, достъпността и мащабируемостта.

Персонални компютри: класификация

Както отбелязахме по-горе, компютрите могат да бъдат класифицирани в голям брой сортове. Сред тях: настолни компютри, лаптопи, таблети, PDA, смартфони - комбиниращи компютри и телефони.

Обикновено най-мощните и продуктивни архитектури са настолните компютри - най-малко мощните - смартфони и таблети поради малкия размер и необходимостта от значително намаляване на ресурсите на хардуерните компоненти. Но много от съответните устройства, особено най-добрите модели, по отношение на скоростта по принцип са сравними с водещите модели лаптопи и бюджетни настолни компютри.

Маркираното класифициране на персоналните компютри показва тяхната универсалност: при някои сортове те могат да решават типични потребителски задачи, производство, научни, лабораторни. Архитектурата на подходящия вид на компютърни системи, в много случаи, пригодени за използване на обикновен гражданин, който няма специално обучение, може да се изисква това лице, работа с мейнфрейм или миникомпютър.

Как да определим задаването на компютърно решение на компютър?

Основният критерий за присвояване на изчислително решение на персонален компютър е фактът на личната му ориентация. Това означава, че съответният тип компютър е предназначен основно за използване от един потребител. Много от инфраструктурните ресурси, към които той се обръща, обаче са безспорно социални: това може да се проследи с примера за използването на интернет. Докато изчислителното решение е лично, практическата ефективност при използването му може да бъде записана само ако човек има достъп до източници на данни, създадени от други хора.

Класификация на софтуер за компютърни архитектури: мейнфрейм и мини компютри

Наред с класификацията на компютрите, разгледани по-горе, съществуват и критерии за класифициране на програми, които са инсталирани на подходящите типове компютри. Що се отнася до мейнфреймите и техните близки по предназначение, а в някои случаи и при изпълнението на мини компютър, те обикновено имат възможност да използват няколко операционни системи, адаптирани за решаване на специфични производствени задачи. По-специално тези данни за OS могат да бъдат адаптирани за стартиране на различни инструменти за автоматизация, виртуализация, прилагане на индустриални стандарти, интеграция с различни видове софтуерни приложения.

Класификация на софтуера: персонални компютри

Софтуер за традиционните персонални компютри може да бъде представен в сортове, оптимизирани решения, от своя страна, потребителски задачи, както и тези на производството, които не изискват нивото на изпълнение, която характеризира мейнфрейм и миникомпютри. По този начин има програми за PC индустриални, научни, лабораторни. Архитектурата на компютърните системи на съответния тип зависи от отрасъла, в който те се прилагат от очакваното ниво на квалификация на потребителя: очевидно е, че професионални решения за промишлен дизайн може да не са подходящи за някой само с основни познания по компютърни програми.

Програмите за персонални компютри в една или друга форма имат в много случаи интуитивен интерфейс, различни фонови документи. От друга страна, силата на компютърни системи и мини-компютри може да се използва напълно, при условие, не само да следвате инструкциите, но също така и за редовен потребител прави промени в структурата на стартираните приложения: за това и може да се наложи допълнително знание, например, свързан с използването на езици програмиране.

Нива на архитектурата на компютърен софтуер

Концепцията за "архитектура на компютърните системи" учебник по информатика, в зависимост от възгледите на автора, може да се интерпретира по различни начини. Друга обща интерпретация на съответния термин предполага корелация със софтуера. В същото време няма значение какъв вид компютърна система се прилагат съответните нива на софтуера.

В съответствие с този подход, компютърна архитектура трябва да се разбира набор от различни типове данни, операции, софтуерни характеристики задействат, за да поддържа функционирането на хардуерните компоненти на компютъра, както и да се създадат условия, при които потребителят може да използва тези средства на практика.

Архитектура на програмните нива

Експерти идентифицират следните основни архитектури на компютърни системи в контекста на подхода към разбиране на съответния термин:

• цифровата логическа архитектура на изчислителното решение - всъщност, железария Компютри под формата на различни модули, клетки, регистри - например, разположени в структурата на процесора;
• микроархитектура на нивото на интерпретация на различни микропрограми;
• архитектура на превода на специални команди - на ниво асемблер;
• архитектурата на тълкуването на съответните команди и тяхното прилагане в програмния код, разбираемо за операционната система;
• архитектурата на компилацията, която позволява да се правят промени в програмните кодове на различните видове софтуер;
• архитектура на езици на високо ниво, позволяваща адаптиране на програмните кодове към решаването на конкретни потребителски задачи.

Стойността на класификацията на софтуерната архитектура

Разбира се, тази класификация в контекста на третирането на този термин като подходяща за софтуерните нива може да бъде много условна. Компютърна архитектура и дизайн на компютърни системи, в зависимост от тяхната адаптивност и кацане, може да изисква различни подходи към развитието на нивата на класификация на софтуера, а в действителност, за да се разбере същността на разглежданото понятие.

Въпреки факта, че теорията за представяне на данни и тяхното адекватно разбиране е от голямо значение, тъй като допринася за развитието на по-ефективни концептуални подходи към изграждане на различни видове компютърни инфраструктура, дава възможност на разработчиците да оптимизират своите решения за искания от потребители, за решаване на конкретни проблеми.

резюме

Така че, ние определихме същността на понятието "компютърна система архитектура", начина, по който може да се счита, в зависимост от конкретния контекст. В съответствие с един от традиционните определения по съответния хардуер структура на PC архитектура може да бъде разбрана, тя предопределя нивото на производителност, специализация, изискванията за квалификация на членовете си. Този подход включва класификация на съвременните компютърни архитектури в 3 основни категории - компютърни системи, сървъри и PC (което, от своя страна, също може да бъде представена от различни видове компютърни решения).

Като правило, всеки вид от тези архитектури е предназначена за решаване на конкретни проблеми. Мейнфрейм компютрите и миникомпютри често се използват в промишлеността. С помощта на компютър, също така е възможно за решаване на широк спектър от производствени задачи, да извършва инженеринг - това също е адаптирана съответстващ архитектура на компютърни системи. Лабораторни упражнения, научни експерименти с техниката все по-ясни и по-ефективни.

Друго тълкуване на въпросния термин предполага корелацията му със специфични нива на софтуера. В този смисъл архитектурата на компютърните системи е работна програма, която гарантира функционирането на персоналния компютър и създава условия за практическо използване на изчислителната си мощност за решаване на конкретни потребителски задачи.