Память ЭВМ и организация вычислительного процесса

Флэш-память - особый вид  полупроводниковой энергонезависимой  перезаписываемой памяти:

• полупроводниковая — не содержащая механически движущихся частей (как жесткие диски или CD), построенная на основе полупроводниковых микросхем;
• энергонезависимая — не требующая дополнительной энергии для хранения данных (энергия требуется только для записи);
• перезаписываемая — допускающая перезапись хранимых в ней данных.

Название флэш-памяти было дано во время разработки первых микросхем (в начале 1980-х годов) как характеристика скорости стирания флэш-памяти (от англ. «in a flash» — в мгновение ока).

Во флэш-памяти для записи и считывания информации используются электрические  сигналы. В простейшем случае каждая ячейка флэш-памяти хранит один бит  информации и состоит из одного транзистора  со специальной электрически изолированной  областью.

Карты флэш-памяти

Флэш-память представляет собой  микросхему, помещенную в миниатюрный  плоский корпус. Микросхемы флэш-памяти могут содержать миллиарды ячеек, каждая из которых хранит 1 бит информации. Информационная емкость карт флэш-памяти может достигать 32 Гбайт (2009 год).

Информация, записанная на флэш-память, может храниться очень длительное время (от 20 до 100 лет) и способна выдерживать  значительные механические нагрузки (в 5-10 раз превышающие предельно  допустимые для жестких дисков). Флэш-память компактнее и потребляет значительно меньше энергии (примерно в 10-20 раз), чем магнитные и оптические дисководы.

Благодаря низкому энергопотреблению, компактности, долговечности и относительно высокому быстродействию, флэш-память идеально подходит для использования  в качестве носителя информации в  портативных устройствах: цифровых фото- и видеокамерах, сотовых телефонах, портативных компьютерах, МРЗ-плеерах  и цифровых диктофонах.

К недостаткам флэш-памяти следует отнести то, что не существует единого стандарта и различные  производители изготавливают несовместимые  друг с другом по размерам и электрическим  параметрам карты памяти.

Для записи и считывания информации с карт памяти используются специальные  накопители (картридеры), встроенные в мобильные устройства или подключаемые к компьютеру через USB-порт.

USB флэш-диск представляет  собой микросхему флэш-памяти, дополненную  контроллером USB, и подключается  к последовательному порту USB. USB флэш-диски могут использоваться  в качестве внешнего сменного  носителя информации.

USB флэш-диски могут содержать  переключатель защиты от записи, поддерживать парольную защиту, а также могут быть загрузочными. Некоторые USB флэш-диски имеют  кроме индикатора работы жидкокристаллический  экранчик, на котором отображается, сколько свободного места осталось  на диске.

 

 

Организация ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА

АРХИТЕКТУРА ПРИЛОЖЕНИЯ

Все компьютерные программы  по логике их работы можно представить  в виде, показанном на рис. 1.

Рис.  1 Архитектура приложения

 

Интерфейс пользователя –  это набор программ, которые обеспечивают взаимодействие приложения с пользователем: графический интерфейс, система  сообщений об ошибках и т.д.

Прикладная программа  – это ядро приложения, которое  выполняет основные функции данного  приложения: перевод текста, математические расчёты и т.д.

Под логикой данных понимается набор программ, которые определяют порядок доступа к данным, контролируют целостность данных в соответствии с бизнес-правилами и допустимость данных. Эти программы обычно предоставляются  используемой при разработке приложения СУБД.

Под доступом к данным понимается набор программ, которые обеспечивают запись и чтение данных с внешней  памяти. Такие программы также  обычно реализованы средствами СУБД.

Перечисленные составные  части приложения относительно независимы друг от друга. Связь между ними исчерпывается  только передачей данных. Такую передачу данных можно организовать по сети. Также функционирование частей приложения можно обеспечить на разных ЭВМ, соединённых  в сети. Это даёт возможность различным  образом организовать выполнение приложения. Архитектура вычислительного процесса характеризует как построение аппаратного  обеспечения (ЭВМ и сети), так и  способ функционирования приложений.

Различают четыре способа  организации вычислительного процесса:

• централизованная архитектура;
• распределённая архитектура;
• архитектура клиент-сервер;
• многозвенная архитектура.

ЦЕНТРАЛИЗОВАННАЯ  АРХИТЕКТУРА

Классическое представление  централизованной архитектуры показано на рис. 2.

Центральная ЭВМ должна иметь  большую память и высокую производительность, чтобы обеспечивать комфортную работу большого числа пользователей.

Рис.  2  Централизованная архитектура вычислительной системы

 

Все приложения, работающие в такой архитектуре, полностью  находятся в основной памяти хост-ЭВМ. Терминалы являются лишь устройствами ввода-вывода и таким образом  в минимальной степени поддерживают интерфейс пользователя рис 3.

Рис. 3 Архитектура централизованного приложения

Такая архитектура вычислительных систем была распространена в 70-х и 80-х годах и реализовывалась  на базе мейнфреймов (например, IBM-360/370 или их отечественных аналогов серии ЕС ЭВМ), либо на базе мини-ЭВМ (например, PDP-11 или их отечественного аналога СМ-4). Характерная особенность такой архитектуры – полная «неинтеллектуальность» терминалов. Их работой управляет хост-ЭВМ. Достоинства такой архитектуры состоят в том, что пользователи совместно используют дорогие ресурсы ЭВМ и дорогие периферийные устройства. Кроме того, централизация ресурсов и оборудования облегчает обслуживание и эксплуатацию вычислительной системы. Главным недостатком для пользователя является то, что он полностью зависит от администратора хост-ЭВМ. Пользователь не может настроить рабочую среду под свои потребности – всё используемое программное обеспечение является коллективным. Использование такой архитектуры является оправданным, если хост-ЭВМ очень дорогая, например, супер-ЭВМ.

РАСПРЕДЕЛЁННАЯ  АРХИТЕКТУРА

Основой распределённой архитектуры  является файл-сервер. Он предоставляет  клиентам (т.е. программам на ПЭВМ) свою дисковую память, то есть обеспечивает доступ к данным. Каждый клиент пользуется для работы своими ресурсами, поэтому требования к производительности файл-сервера невысоки. Основными требования будут предъявляться к файловой системе файл-сервера.

Рис. 5  Распределённая архитектура вычислительной системы

 

Как видно из рис. 6, основная обработка данных происходит на клиентных  ЭВМ, то есть клиенты в отличие  от терминалов должны обладать некоторыми ресурсами, поэтому их называют «толстыми» клиентами.

Распределённая архитектура  лишена недостатков централизованной архитектуры, к тому же дорогие периферийные устройства (принтеры, RAID-массивы) в такой архитектуре также могут использоваться совместно.

Основным недостатком  распределённой архитектуры является то, что вся обработка данных сосредоточена  внутри нескольких независимых пользовательских приложений.

Пример

Одной из важных задач по обработке данных является поиск  информации. Пусть необходимо найти 5 записей некоторой таблицы, содержащей миллион таких записей. Поскольку  вся обработка данных сосредоточена  на некоторой клиентной ЭВМ, то для  поиска файл-сервер должен передать клиенту  всю таблицу целиком. То есть резко  возрастает нагрузка на сеть.

Рис.  6 Архитектура распределённого приложения

Если число пользователей  не слишком велико и объём общих  данных также невелик, то распределённая архитектура является наилучшим  выбором.

АРХИТЕКТУРА КЛИЕНТ-СЕРВЕР

Вычислительная система, соответствующая архитектуре клиент-сервер состоит из трёх компонентов:

• сервера баз данных, управляющего хранением данных, доступом и защитой, резервным копированием, отслеживающего целостность данных в соответствии с бизнес-правилами и, самое главное, выполняющего запросы клиента;
• клиента, предоставляющего интерфейс пользователя, проверяющего допустимость данных, посылающего запросы к серверу;
• сети и коммуникационного оборудования.

Ядром архитектуры клиент-сервер является сервер баз данных. Поскольку многие задачи, связанные с обработкой данных возложены на сервер, то нагрузка на сеть –трафик – резко снижается по сравнению с распределённой архитектурой.

Пример

Пусть необходимо найти 5 записей  некоторой таблицы, содержащей миллион  таких записей. Клиент посылает серверу  запрос, в котором указано, какие  данные должны быть найдены. Этот запрос обрабатывается сервером, сервер производит поиск и пересылает клиенту необходимые  пять записей.

Другое преимущество архитектуры  клиент-сервер перед распределённой состоит в том, что на сервере  можно сосредоточить программы, обеспечивающие целостность данных, соответствие данных бизнес-правилам, что позволяет избежать дублирования программного кода в различных приложениях, использующих общую базу данных.

Рис. 7  Архитектура приложения типа клиент-сервер

 

В случае архитектуры клиент-сервер сервер баз данных должен обладать высокой производительностью.

В настоящее время все  современные прикладные программы  ориентированы на работу с такой  архитектурой вычислительного процесса.

МНОГОЗВЕННАЯ  АРХИТЕКТУРА

В случае большого числа  пользователей возникают проблемы своевременной и синхронной замены версий клиентских приложений на рабочих  станциях. Такие проблемы решаются в рамках многозвенной архитектуры. Часть общих приложений переносится  на специально выделенный сервер приложений. Тем самым понижаются требования к ресурсам рабочих станций, которые будут называться «тонкими» клиентами. Данный способ организации вычислительного процесса является разновидностью архитектуры клиент-сервер.

Рис. 8 Многозвенная архитектура

Использование многозвенной архитектуры может быть рекомендовано  также в случае, если некоторая  программа требует для своей  работы много ресурсов, то может  оказаться дешевле построить  тонкую сеть с одним очень мощным сервером, чем использовать несколько  мощных клиентных рабочих станций. Особенно это имеет значение, если данной программой пользуются не постоянно, а время от времени.

Рис. 9 Архитектура многозвенного приложения

Разумное сочетание производительности сервера приложений и производительности рабочих станций позволят построить  сеть, более дешёвую при установке  и эксплуатации. 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

1. Архитектура ЭВМ и систем Автор: В. Л. Бройдо, О. П. Ильина Издательство: Питер 2009 г.

2. Схемотехника ЭВM  Автор: Лехин С.Н  Издательство: БХВ-Петербург  2010 г.

3. Организация ЭВМ Автор: К. Хамахер, 3. Вранешич, С. Заки 2009 г.

4. Ресурсы интернета. http://forum.citforum.ru/