Вычислительные машины, системы и сети. контрольная работа. Задание на контрольную работу
 Скачать 47.98 Kb.
|
|
Задание на контрольную работу В контрольной работе необходимо разработать вычислительную систему, построенную на микропроцессоре Intel Core i7 6700 Для разработанной вычислительной системы необходимо: Привести структурную схему вычислительной системы; Привести структурную схему микропроцессора; Выбрать и обосновать тип применяемой памяти (ДОЗУ); Выбрать и обосновать тип графического адаптера; Выбрать и обосновать тип жесткого диска, включая RAID массив при необходимости; Описать применяемые типы интерфейсов, используемые в вычислительной системе; Рассчитать производительность разработанной вычислительной системы, используя смесь Гибсона для научно-технических расчетов Структурная схема вычислительной системы Вычислительная система (ВС) - это взаимосвязанная совокупность аппаратных средств вычислительной техники и программного обеспечения, предназначенная для обработки информации. Иногда под ВС понимают совокупность технических средств ЭВМ, в которую входит не менее двух процессоров, связанных общностью управления и использования общесистемных ресурсов (память, периферийные устройства, программное обеспечение и т.п.). Таким образом, ВС должна содержать электронную цифровую схему обработки информации (процессор), а также программу и данные, сохраняемые в устройстве хранения информации (памяти). К системе могут подключаться различные дополнительные приборы, обеспечивающие ввод или вывод информации (внешние устройства). Внешние устройства подключаются к системе через специальные электронные схемы, которые мы будем называть интерфейсом. Структура вычислительной системы:  – техническое обеспечение (hardware): процессор, память, монитор, дисковые устройства и т. д., объединенные магистральным соединением, называемым шиной; – программное обеспечение: прикладное и системное. К прикладному программному обеспечению относятся разнообразные пользовательские программы, игры, текстовые процессоры и т. п. К системному – программы, способствующие функционированию и разработке прикладных программ. Операционная система является фундаментальным компонентом системного программного обеспечения. В зависимости от ряда признаков различают следующие вычислительные системы: – по количеству программ, одновременно находящихся в оперативной памяти: однопрограммные и многопрограммные вычислительные системы; – числу пользователей, которые одновременно могут использовать ресурсы вычислительной системы: индивидуального и коллективного пользования; – организации и обработки заданий: вычислительные системы с пакетной обработкой и с разделением времени; – числу процессоров: однопроцессорные вычислительные системы, многопроцессорные и многомашинные; – территориальному расположению и взаимодействию технических средств: сосредоточенные, распределенные (вычислительные сети) и вычислительные системы с теледоступом; – соотношению скоростей поступления задач в вычислительные системы и их решения: работающие или не работающие в режиме реального времени; – назначению: универсальные, специализированные и проблемно-ориентированные Структурная схема микропроцессора Структурная схема микропроцессора включает три основных узла: АЛУ, УУ и узел регистров. Арифметико-логическое устройство (АЛУ) служит для выполнения арифметических и логических операций над числами, представленными в двоичном коде. Управляющее устройство (УУ) управляет работой АЛУ и других ЭВМ. Управление работой этих устройств осуществляется по специальным командам, порядок исполнения которых определяется заданной программой.  Важнейшими характеристиками микропроцессора являются: Тактовая частота. Характеризует быстродействие компьютера. Режим работы процессора задается микросхемой, называемой генератором тактовых импульсов. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций выполняет микропроцессор за одну секунду. Тактовая частота измеряется в МГц; Разрядность процессора — это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция. Чем больше разрядность процессора, тем больше информации он может обрабатывать в единицу времени и тем больше, при прочих равных условиях, производительность компьютера; Intel Core — торговая марка микропроцессоров, производимых компанией Intel. Процессоры Core являются преемниками процессоров предыдущего поколения, представленных моделями Pentium и Celeron. Для серверов имеются более «продвинутые» версии процессоров Core под маркой Xeon. В июне 2009 компания объявила об упразднении многообразия вариантов данной торговой марки в пользу трёх ключевых наименований: Core i3, Core i5 и Core i7. Основные характеристики микропроцессора Intel Core i7-6700: 4-ядерный процессор, Socket LGA1151 частота 3400 МГц объем кэша L2/L3: 1024 Кб/8192 Кб ядро Skylake (2015) техпроцесс 14 нм интегрированное графическое ядро встроенный контроллер памяти Выбор и обоснование типа выбираемой памяти (ДОЗУ) Отличительной чертой процессоров Intel Core i7 является универсальность, так как данные чипы идеально подходят для отдыха, развлечения и работы; выполнения сложных ресурсоемких задач. Разрабатывать вычислительную систему на базе Intel Core i7 целесообразно тем, кто часто проводит время за играми. Благодаря современной архитектуре, повышенным частотам и большом количеству кэш-памяти данный процессор легко справится даже с самыми требовательными играми нового поколения. Поэтому процессор Intel Core i7 - идеальный вариант для любого геймера. Обрабатывать видео и трудится в графических редакторах также лучше с помощью компьютеров, собранных на базе Intel Core i7. Этот CPU позволяет получить большое количество кадров в секунду. Поэтому целесообразно для данного микропроцессора использовать современную системную плату с достаточно большим объемом оперативной памяти. Будем использовать DDR4 16 Гб Corsair Vengeance 2x8 Гб на базе материнской платы MSI Z170A Gaming M5. Работа с памятью у нашей материнской платы двухканальная, поэтому использование двух модулей памяти одного номинала и частоты позволяет нам использовать память в многоканальном режиме, а это увеличивает прирост производительности ПК. Так же мощность сборки подразумевает в себе использование ОС 64-битной архитектуры, поэтому мы можем использовать более 4 Гб оперативной памяти. Выбор и обоснование типа графического адаптера Мы строим современную вычислительную систему для работы с ресурсоемкими задачами, поэтому для обеспечения высокой производительности будем использовать мощный графический адаптер MSI GTX 980Ti GAMING 6. Видеокарта MSI GeForce GTX 980 Ti GAMING 6 работает на чипе GM200, базовая частота которого составляет 1178 мегагерц с возможностью разгона до 1279 мегагерц. Существуют следующие режимы работы, свойственные этому видеоадаптеру: Silent Mode, Gaming Mode и OC Mode, которые отличаются работой ядра и памяти на разных частотах. В оснащение MSI GeForce GTX 980 Ti GAMING 6G входит 6-гигабайтная память GDDR5 с шиной разрядностью 384 бита. Для питания карты предусмотрено два 8-пиновых коннектора, для подключения к дисплеям – три разъема DisplayPort, DVI и HDMI. По размерам ускоритель занимает совсем немного места - всего два слота. Система охлаждения имеет два вентилятора и отличается низким уровнем шума даже при высоких оборотах. Когда температура ядра невысока, вентиляторы прекращают вращение, давая пользователю возможность поработать в полной тишине. Но данной видеокарте требуется дополнительное питание для работы на больших нагрузках, например, при пересчёте каких-то математических моделей сложной структуры с использованием графического адаптера, поэтому в сборку был включен блок питания AcBel M88 900W Silver с запасом мощности на 1КВт. Выбор и обоснование типа жесткого диска, включая RAID массив при необходимости В нашу сборку мы включили два типа накопителей: HDD 2000 Гб 7200 rpm Seagate; SSD 240Gb SSD Kingston; Для установки операционной системы, часто используемых программ и хранения данных, к которым планируется частое обращение в вычислительных задачах, целесообразно установить SSD-накопитель. SSD представляет собой принципиально иной тип устройства, поэтому большая часть недостатков HDD ему несвойственна. Кратко напомню основные плюсы SSD: Высокая скорость чтения и записи, одинаковая в любом месте накопителя; В разы более низкие задержки при работе с данными по сравнению с жесткими дисками; Отсутствие движущихся частей: SSD не боится тряски, вибрации и ударов, т.е. меньше шансов потерять данные; SSD не греется, не шумит, не вибрирует; Меньшее энергопотребление; Большой рабочий диапазон температур; Лучшие массогабаритные показатели по сравнению с жестким диском (накопитель можно сделать меньше и легче). При хранении файлов пользователя нам не так важна скорость доступа к ним, как важна долговечность хранения, плюс за меньшую стоимость, мы можем купить диск большего объёма и соответственно хранить больше файлов. Поэтому в этих целях мы будем использовать HDD. Необходимость RAID массива нужно рассматривать исходя из назначения вычислительной системы. RAID расшифровывается как "Redundant Array of Independent Disks" или "избыточный (резервный) массив независимых дисков". Проще говоря, RAID-массив - это совокупность физических дисков, объединенных в один логический. RAID-массивы используются для повышения скорости чтения/записи данных и/или повышения отказоустойчивости и безопасности Описание применяемых типов интерфейсов, используемых в вычислительной системе Сетевой интерфейс - это сетевая карта компьютера. Стандартом для современных компьютеров является гигабитный Ethernet (1000Base-TX). В подавляющем большинстве применений скорость данного интерфейса достаточна, однако при необходимости более высоких скоростей существует 10-гигабитный Ethernet. PCI-Express - интерфейс материнской платы. Он же обозначает тип шины. Устройства PCI Express взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа точка-точка с коммутатором. Кроме того, шиной PCI Express поддерживается: • горячая замена карт; • гарантированная полоса пропускания (QoS); • управление энергопотреблением; • контроль целостности передаваемых данных. Шина PCI Express нацелена на использование только в качестве локальной шины. Так как программная модель PCI Express во многом унаследована от PCI, то существующие системы и контроллеры могут быть доработаны для использования шины PCI Express заменой только физического уровня, без доработки программного обеспечения. Высокая пиковая производительность шины PCI Express позволяет использовать её вместо шин AGP и тем более PCI и PCI-X. Де-факто PCI Express заменила эти шины в персональных компьютерах. USB (англ. Universal Serial Bus — «универсальная последовательная шина») — последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств. Современной спецификацией этого интерфейса является USB 3.0, позволяющая развить скорость до 600 Мбайт/с, что позволяет передать 1 ТБ информации за 40—60 минут (по сравнению с 8—10 часов для предыдущего стандарта USB 2.0) Расчет производительности разработанной вычислительной системы, использовав смесь Гибсона для научно-технических расчетов Для оценки числового выражения эффективности ЭВМ используют смеси команд, в которых каждому виду команды сопоставлен определенный весовой коэффициент. Для научно-технических расчетов используют «смесь Гибсона». Cмесь Гибсона
Количество тактов на команду: (33*4,5+0,6*8+0,2*11+7,3*4,5+4*8+1,6*11+1,7*1+17,5*4+6,5*10)/(33+0,6+0,2+7,3+4+1,6+1,7+17,5+6,5)= 4,1341 Одной из единиц измерения производительности процессора по отношению к времени выполнения является MIPS - (миллион команд в секунду). Процессор Intel Core i7-6700 имеет 4 ядра, тактовая частота процессора: 3,4 ГГц. Производительность вычислительной системы:  Список использованной литературы Макарова Н.В., Волков В.Б. Информатика. СПб: Питер, 2012. – 574 с. Чекмарев, Ю. В. Вычислительные системы, сети и коммуникации Ю. В. Чекмарев. – М.: ДМК Пресс, 2009. Intel Core i7 microprocessor family [Электронный ресурс]/ http://intel.com/ |