Лекция: Какие требования предъявляются к промышленным компьютерам. Опишите особенности их конструкции?

На базе рабочих станций или персональных компьютеров создают АРМ.

Типичный состав устройств АРМ: ЭВМ с одним или несколькими микропроцессорами, опера­тивной и кэш-памятью и шинами, служащими для взаимной связи устройств; устройства ввода-выво­да, включающие в себя, как минимум, клавиатуру, мышь, дисплей; дополнительно в состав АРМ мо­гут входить принтер, сканер, плоттер (графопостроитель), дигитайзер и некоторые другие периферий­ные устройства.

Память ЭВМ обычно имеет иерархическую структуру. Поскольку в памяти большого объема трудно добиться одновременно высокой скорости записи и считывания данных, память делят на сверхбыстродействующую кэш-память малой емкости, основную оперативную память умеренного объема и сравнительно медленную внешнюю память большой емкости, причем, в свою очередь, кэш­память часто разделяют на кэш первого и второго уровней.

Например, в персональных компьютерах на процессорах Pentium III кэш первого уровня имеет по 16 Кбайт для дан­ных и для адресов, он и кэш второго уровня емкостью 256 Кбайт встроены в процессорный кристалл, емкость оператив­ной памяти составляет десятки-сотни Мбайт.

Для связи наиболее быстродействующих устройств (процессора, оперативной и кэш-памяти, ви­деокарты) используется системная шина с пропускной способностью до одного-двух Гбайт/с. Кроме системной шины на материнской плате компьютера имеются шина расширения для подключения се­тевого контроллера и быстрых внешних устройств (например, шина PCI с пропускной способностью 133 Мбайт/с) и шина медленных внешних устройств, таких как клавиатура, мышь, принтер и т.п.

Рабочие станции (workstation) по сравнению с персональными компьютерами представляют со­бой вычислительную систему, специализированную на выполнение определенных функций. Специа­лизация обеспечивается как набором программ, так и аппаратно за счет использования дополнитель­ных специализированных процессоров. Так, в САПР для машиностроения преимущественно приме­няют графические рабочие станции для выполнения процедур геометрического моделирования и ма­шинной графики. Эта направленность требует мощного процессора, высокоскоростной шины, памя­ти достаточно большой емкости.

Высокая производительность процессора необходима по той причине, что графические опера­ции (например, перемещения изображений, их повороты, удаление скрытых линий и др.) часто вы­полняются по отношению ко всем элементам изображения. Такими элементами в трехмерной (3D) графике при аппроксимации поверхностей полигональными сетками являются многоугольники, их число может превышать 104. С другой стороны, для удобства работы проектировщика в интерактив­ном режиме задержка при выполнении команд указанных выше операций не должна превышать не­скольких секунд. Но поскольку каждая такая операция по отношению к каждому многоугольнику ре­ализуется большим числом машинных команд требуемое быстродействие составляет десятки милли­онов машинных операций в секунду. Такое быстродействие при приемлемой цене достигается приме­нением наряду с основным универсальным процессором также дополнительных специализирован­ных (графических) процессоров, в которых определенные графические операции реализуются аппа­ратно.

В наиболее мощных рабочих станциях в качестве основных обычно используют высокопроиз­водительные микропроцессоры с сокращенной системой команд (с RISC-архитектурой), работающие под управлением одной из разновидностей операционной системы Unix. В менее мощных все чаще используют технологию Wintel (т.е. микропроцессоры Intel и операционные системы Windows). Гра­фические процессоры выполняют такие операции, как, например, растеризация — представление изо­бражения в растровой форме для ее визуализации, перемещение, вращение, масштабирование, удале — ние скрытых линий и т. п.

Типичные характеристики рабочих станций: несколько процессоров, десятки-сотни мегабайт оперативной и тыся­чи мегабайт внешней памяти, наличие кэш-памяти, системная шина со скоростями от сотен Мбайт/с до 1-2 Гбайт/с.

В зависимости от назначения существуют АРМ конструктора, АРМ технолога, АРМ руководите­ля проекта и т.п. Они могут различаться составом периферийных устройств, характеристиками ЭВМ.

В АРМ конструктора (графических рабочих станциях) используются растровые мониторы с цветными трубками. Типичные значения характеристик мониторов находятся в следующих пределах: размер экрана по диагонали 17...24 дюйма (фактически изображение занимает площадь на 5… 8 % меньше, чем указывается в паспортных данных). Разрешающая способность монитора, т.е. число раз­личимых пикселей (отдельных точек, из которых состоит изображение), определяется шагом между отверстиями в маске, через которые проходит к экрану электронный луч в электронно-лучевой труб­ке. Этот шаг находится в пределах 0,21.0,28 мм, что соответствует количеству пикселей изображе­ния от 800x600 до 1920x1200 и более. Чем выше разрешающая способность, тем шире должна быть полоса пропускания электронных блоков видеосистемы при одинаковой частоте кадровой развертки. Полоса пропускания видеоусилителя находится в пределах 110. 150 МГц и потому частота кадровой развертки обычно снижается с 135 Гц для разрешения 640x480 до 60 Гц для разрешения 1600x1200.

Специально выпускаемые ЭВМ как серверы высокой производительности обычно имеют струк­туру симметричной многопроцессорной вычислительной системы. В них системная память разделя­ется всеми процессорами, каждый процессор может иметь свою сверхоперативную память сравни­тельно небольшой емкости, число процессоров невелико (единицы, редко более десяти). Например, сервер Enterprise 250 (Sun Microsystems) имеет 1-2 процессора, его цена в зависимости от комплекта­ции колеблется в диапазоне 24-56 тыс. долларов, а сервер Enterprise 450 с четырьмя процессорами стоит от 82 до 95 тысяч долларов.

 

еще рефераты
Еще работы по информатике