Co je otevřená architektura?

Počítače používáme každý den a i tento článek pravděpodobně čtete z obrazovky počítače. Přemýšleli jste ale často, jak tento složitý systém vlastně funguje? V tomto článku se dozvíme, co je architektura počítače, tedy z jakých výpočetních modulů a uzlů se skládá a jak jsou mezi nimi uspořádána spojení.

26 2022 сентября

· Aktualizováno 27. listopadu 2024

Architektura PC je logická organizace a struktura výpočetních systémů, která definuje interakci hardwarových a softwarových komponent. Zahrnuje:

Příklad: architektura x86, založená na páteřně-modulárním principu.

V Robloxu je víc než jen hraní
Naučíme děti a teenagery programovat a vytvářet světy v Robloxu

Klasická von Neumannova architektura

Jedním z nejznámějších konceptů pro stavbu a provoz počítače je von Neumannova architektura. Americký matematik John von Neumann rozvinul a nastínil jeho základy ve svém článku z roku 1945 „Předběžná úvaha o logickém návrhu elektronického výpočetního zařízení“.

Podle von Neumannových principů se počítač skládá z:

• aritmetická logická jednotka – ALU (angl. ALU, aritmetická a logická jednotka), který provádí aritmetické a logické operace;
• řídicí zařízení (CU), které je určeno k organizaci provádění programů;

V počítačích jsou funkce ALU a řízení kombinovány v procesoru.

Obecně, když lidé mluví o von Neumannově architektuře, mají na mysli fyzické oddělení procesorového modulu od programu a zařízení pro ukládání dat. Na těchto principech byly vyráběny první generace počítačů. Dále, kvůli pokroku a rostoucí složitosti výpočetních problémů, architektonické koncepty se začaly měnit, ačkoli mnoho von Neumannových principů zůstává aplikovatelných.

Von Neumannovy principy

1. Použití binární číselné soustavy v počítači. Výhodou oproti systému desetinných čísel je, že taková zařízení lze vyrobit poměrně jednoduše. Aritmetické a logické operace v binární číselné soustavě se také provádějí jednoduše a rychle.
2. Ovládání počítačového softwaru. Činnost počítače je řízena programem, který se skládá ze sady příkazů. Příkazy se provádějí postupně jeden po druhém.
3. Paměť počítače slouží k ukládání nejen dat, ale i programů. V tomto případě jsou programy, stejně jako data, uloženy ve stejném binárním systému. Proto například v mnoha programovacích jazycích máme možnost používat příkazy (funkce) a data podobným způsobem.
4. Paměťové buňky jsou číslovány postupně, to znamená, že každá buňka má svou vlastní adresu. Tento princip nám dává možnost používat proměnné v programování.
5. Schopnost přechodu na základě jakékoli podmínky během provádění programu. Navzdory skutečnosti, že příkazy jsou prováděny postupně, programy mohou implementovat schopnost přeskočit na jakoukoli část kódu.

Počítače každým rokem získávají více a více výpočetních schopností, a to jim umožňuje řešit stále složitější problémy. Již dnes se počítače potýkají s řadou omezení, která jim neumožňují znovu vytvořit akce z filmů o budoucnosti. Bude tomu tak i nadále, existuje nějaká hranice pro moderní architekturu a co bychom měli dělat, když je tak rychlý růst v budoucnu nemožný?

Ukazuje se, že tato architektura má zásadní chybu, tzv. „úzké hrdlo“.

Jak můžete vidět na obrázku výše, existuje omezení v šířce komunikačního pásma mezi procesorem a pamětí ve srovnání s množstvím paměti. K vyřešení tohoto problému bylo obvykle navrženo několik přístupů:

• použití vícevláknových procesorů, kdy jeden datový tok je zpracováván několika příkazovými vlákny;
• paralelní a klastrové architektury;
• pomocí různých metod ukládání do mezipaměti.

Podívejme se na tyto přístupy podrobněji.

Víceprocesorová architektura PC

Architektura jednoduchých víceprocesorových systémů je založena na společném sběrnicovém obvodu. Několik procesorů a jeden nebo více paměťových modulů je umístěno na společné sběrnici. Každý procesor, aby mohl provádět I/O operace s pamětí, kontroluje, zda je sběrnice aktuálně volná, a pokud je volná, obsadí ji. Pokud je sběrnice zaneprázdněná, pak procesor čeká na okamžik, kdy se uvolní. Je tedy jasné, že jednoduše zvýšit počet procesorů bude neefektivní, protože úzkým hrdlem, které omezuje propustnost, je v tomto případě propustnost sběrnice.

K vyřešení tohoto problému má každý procesor svou vlastní lokální paměť, kde jsou umístěny spustitelné programy a lokální proměnné, které procesor zpracovává. Sdílené úložiště se používá k ukládání běžných proměnných a systémového softwaru. S touto organizací se výrazně snižuje zatížení společné sběrnice.

Vícestrojový výpočetní systém

Vícestrojový výpočetní systém se skládá z několika počítačů, z nichž každý má svou vlastní RAM a provozuje svůj vlastní operační systém. Výměna dat probíhá prostřednictvím vzájemné interakce operačních systémů. To zhoršuje dynamické charakteristiky procesů výměny dat mezi stroji.

Použití vícestrojových systémů umožňuje zvýšit spolehlivost výpočetních clusterů. Podobná architektura se například používá na serverech. Pokud jeden počítač selže, zpracování dat může pokračovat jiným strojem v komplexu. Lze však konstatovat, že vybavení areálu není pro tento účel využíváno dostatečně efektivně. Stačí, aby v každém počítači selhalo jedno zařízení (i různého typu), aby byl celý systém nefunkční.

Architektura paralelního procesoru

Charakteristickým rysem této architektury je, že několik aritmetických logických jednotek pracuje pod jedním řídicím zařízením. To znamená, že mnoho dat může být zpracováno jedním programem – tedy jedním proudem příkazů. Tato struktura se nazývá systém paralelních procesorů. Architektura video procesorů je organizována podle podobného principu.

Vysokého výkonu takové struktury lze dosáhnout pouze u úloh, ve kterých jsou stejné výpočetní operace prováděny současně na různých souborech dat stejného typu.

Klepnutím otevřete dialogové okno s formulářem

Architektura moderních počítačů

Ale co moderní počítače? Hlavní rozdíl je v tom, že v moderním PC je aritmetická, logická a řídicí jednotka spojena do jednoho prvku – centrálního procesoru.

Také architektura osobních počítačů se liší tím, že obsahuje řadiče. Technologický vývoj ve výrobě mikroobvodů umožnil přenést I/O z funkcí procesoru do jiných komunikačních kanálů a zařízení, které se později nazývaly řadiče.

IBM PC

IBM vytvořilo architekturu osobních počítačů, která se na mnoho let stala celosvětovým tržním standardem. Jeho hlavním rozdílem od konkurentů byla jeho zcela otevřená struktura.

Osobní počítač již není hotový produkt od společnosti, která jej vyrábí, uzavřený přizpůsobení uživatelem. Koncoví zákazníci nebo společnosti, které sestavují osobní počítače založené na IBM, si mohou sami určit sadu součástí obsažených v počítači. A to jak na úrovni hardwaru, tak na úrovni operačního systému. Umožní tak výměnu jednotlivých počítačových komponent za vhodnější pro potřeby koncového uživatele (například pokročilejší, a tedy dražší, nebo naopak levnější, pokud uživatel nepotřebuje přebytek energie). Díky tomuto přístupu mají firmy i z obchodního hlediska možnost pružněji segmentovat počítače, které vyrábějí, pro různé cílové skupiny.

I díky tomuto přístupu k vývoji počítačů létají na ISS právě počítače IBM. Notebooky Thinkpad jsou jediné na světě, které mají příslušnou certifikaci pro použití v podmínkách beztíže – jednoduše proto, že je možné notebook flexibilně hardwarově nakonfigurovat tak, aby vyhovoval vašim úkolům.

Jaké povolání vám vyhovuje? Zjistěte to za 10 minut!

Získejte další výhody od Skysmart:

• Naučte se programovat v rozvojových kurzech.
• Vyberte si z více než 130 programovacích mentorů.
• Přihlaste se do bezplatných kurzů pro děti.

Neuromorfní architektura

Vrátíme-li se k von Neumannově architektuře, vidíme, že celý datový tok prochází určitým výpočetním centrem, tedy vlastně dalším úzkým hrdlem. Počet jader v moderních čipech roste, ale poté vyvstává nový problém: nejprve je potřeba paralelizovat data a poté synchronizovat výsledky. To znamená, že pokud máte mnoho nezávislých vstupních signálů, které spolu nesouvisí ani v čase, ani v kontextu, mnoho procesorových jader a jader grafických karet tento úkol dobře zvládne. Ale pokud máte velký vstupní signál, pak úloha paralelizace výpočtů a synchronizace výsledků může zabrat většinu těchto výpočtů.

Přístup neuromorfní architektury nenabízí výpočty specifických podmínek pro řešení problémů. Samotná architektura a principy fungování neuromorfních procesorů jsou podobné činnosti biologického nervového systému. V souladu s tím je taková architektura vysoce specializovaná speciálně pro práci s neuronovými sítěmi. Programátor si vytvoří určitou strukturu (neuronovou síť), která se bude trénovat na připravených datových sadách a po dosažení určitého výsledku dostačujícího pro aktuální úlohu ji lze použít jako hotové řešení.

Bylo by však chybou tvrdit, že neuromorfní architektura jsou jednoduše neuronové sítě v klasickém strojovém učení, protože mnoho mechanismů je velmi odlišných.

Myšlenka počítačové architektury založené na neuronových spojeních není nová. Před několika desetiletími se vědci a nadšenci pokusili tento přístup implementovat, ale příležitosti pro efektivní rozvoj těchto myšlenek se objevily teprve nedávno. A také se objevilo velké množství aplikovaných úloh, ve kterých bude tato architektura žádaná, a data pro ně. Výrobci procesorů navíc získali zkušenosti a jsou připraveni na složité nestandardní architektury na hardwarové úrovni.

Jaké výhody tedy bude mít neuromorfní architektura? Za prvé toto:

• škálovatelnost,
• paralelnost výpočtů,
• energetická účinnost,
• schopnost zpracovávat sekvence a spojité signály,
• vysoká úroveň adaptability signálu.

Vzhledem k novosti technologie má tato architektura i nevýhodu – náklady na jeden čip. Přesněji řečeno, takové čipy se pro masový prodej zatím prostě nevyrábějí. Firmy je vytvářejí individuálně pro svůj vlastní výzkum.

Kvantové počítače

Jednou z nejvýznamnějších a nejočekávanějších technologií posledních desetiletí jsou kvantové počítače. Jedná se o výpočetní zařízení, která ke zpracování a přenosu dat využívají zákony kvantové mechaniky. Díky tomu je možné v řadě algoritmů získat obrovskou výhodu ve výpočetní rychlosti oproti běžným počítačům. Kvantové počítače také poskytují mnohem bezpečnější šifrovací algoritmy pro přenos dat.

Doposud ještě nebyl vynalezen plnohodnotný univerzální kvantový počítač, v posledních letech však čínští vědci výrazně pokročili. Například v roce 2020 čínský kvantový počítač Jiuzhang, poháněný propletenými fotony, dosáhl kvantové převahy: za 200 sekund úspěšně dokončil výpočet, jehož dokončení by nejrychlejšímu klasickému počítači na světě trvalo více než půl miliardy let!

Jak jsme viděli, od roku 1945 (rok první von Neumannovy práce o tomto problému), za téměř 80 let vývoje počítačových architektur, se tento obor posunul velmi daleko po stále se rozšiřujícím horizontu používání počítačů v každodenním životě. technické problémy a vědecké výpočty.

Dozvěděli jsme se, že v posledních desetiletích se objevily (a stále objevují!) nové koncepty, které jsou založeny na zcela jiných principech. Ale zároveň jsou architektonické principy nastíněné von Neumannem stále aktivně používány a zjevně budou ve většině problémů používány po dlouhou dobu.

V kurzech programování v online škole Skysmart Pro se můžete dozvědět ještě více vzrušujících faktů ze světa výpočetní techniky a naučit se s její pomocí řešit aplikované problémy.

Správa
Okres Traktorozavodsky
město Čeljabinsk
Oficiální internetové stránky

Čeljabinsk, sv. Gorkij, 10
Tel: +7 (351) 775-30-50
Fax: + 7 (351) 775-25-25
E-mail: admtzr@cheladmin.ru

historický
reference
o okrese Traktorozavodsky
město Čeljabinsk

• Správa
  • Administrativní struktura
  • Administrativní řád
  • Normativní akty
  • Personální zajištění
  • Osobní informace
  • Informace o kontrolách
  • Informace o objektech v obecním vlastnictví
  • Účetní ukazatele
  • Komunální programy
  • Historické informace o oblasti
  • Charta
  • Fotogalerie
  • Vedoucí okr
  • Zprávy přednosty okr
  • Čestní obyvatelé oblasti
  • Oficiální gratulace
  • Zlatý fond okresu
  • 80. výročí okresu
  • 85 let okresu
  • Napište žádost
  • Postup při posuzování odvolání občanů
  • Všeruský den přijímání občanů
  • Přezkoumání výzev občanů
  • Výsledky posouzení výzev občanů
  • Předpisy
  • Postup a podmínky pro posouzení odvolání
  • Osobní příjem
  • Regulatorně právní a jiné akty v oblasti boje proti korupci
  • Protikorupční expertizy
  • Metodické materiály
  • Formuláře dokumentů související s bojem proti korupci (vyplňte)
  • Informace o příjmech, výdajích, majetku a závazcích majetkové povahy
  • Komise za splnění požadavků na úřední jednání a řešení střetu zájmů (Atestační komise)
  • Komise zastupitelstva okresu
  • Zpětná vazba pro hlášení případů korupce
  • Telefon s přímou linkou
  • Poslanci čeljabinské městské dumy
  • Společenské akce
  • Územní volební komise
  • Formování moderního městského prostředí
    • Regulační dokumenty
    • Články, fotografie a video materiály o realizaci programu
    • Realizace programu
    • Vylepšení dětského parku pojmenovaného po. V. V. Těreškovová
    • Historie vzniku Parku přátelství
    • Vylepšení parku Družby
    • Zlepšení náměstí Molodezhny
    • Úprava parku na ulici. Bazhová
    • Zlepšení veřejné zahrady v mikrodistriktu Churilovo
    • Úprava náměstí na ulici Trashutina
    • Realizace rozpočtu
    • Informace pro daňové poplatníky
    • Socioekonomický rozvoj regionu
    • Právní rámec
    • Informační a poradenská podpora
    • Zdokonalovací činnosti
    • Bydlení a komunální služby
    • Stanovení hranic sousedních území
    • Doporučení pro veřejnost
    • To by měl vědět každý
    • Požární bezpečnost
    • Dokumentace
    • Pilotní projekt „Léto s výhodami“
      • Pilotní projekt „Léto s výhodami“
      • Pilotní projekt „Léto s výhodami“
      • Veřejné přijetí guvernéra Čeljabinské oblasti
      • Zástupce střediska
      • Traktorozavodský odbor sociální ochrany obyvatelstva
      • Služba zaměstnanosti
      • Policie
        • Informuje ministerstvo vnitra
        • Okresní policisté
        • Pozornost chtěla

        

        

        
        

        

        

        

        

        Vláda z iniciativy Jednotného Ruska přidělí regionům 2 miliardy rublů na výstavbu sportovních a rekreačních komplexů otevřeného typu.

        Tyto prostředky budou použity na vytvoření 100 sportovních a rekreačních komplexů otevřeného typu, a to i v malých sídlech

        Premiér Michail Mišustin oznámil přidělení dalších prostředků z federálního rozpočtu na rozvoj sportovní infrastruktury.

        „Vznikne 100 sportovních a rekreačních areálů otevřeného typu včetně nových sportovišť, fotbalových hřišť a zimních stadionů ve městech i na venkově. Všechny budou vybaveny moderním gymnastickým náčiním, sportovním náčiním, posilovacím nářadím a určitě budou uzpůsobeny pro cvičení lidí se zdravotním omezením,“ uvedl premiér. Podporu masového sportu označil za důležitou oblast práce a připomněl, že národní cíle stanovené prezidentem počítají s rokem 2030

        Koordinátorka projektu strany Jednotné Rusko „Dětské sporty“, zástupkyně Státní dumy Irina Rodnina zase připomněla, že další finanční prostředky z federální pokladny na rozvoj sportovní infrastruktury byly přiděleny z iniciativy strany. „Sjednocené Rusko“ trvalo na tom, aby byly vybudovány sportovní a rekreační komplexy otevřeného typu, a to i v malých venkovských osadách.

        „Projekty FOCOT jsou standardní – všechny budou vybaveny moderním gymnastickým náčiním, sportovním náčiním, posilovacím náčiním a budou nutně přizpůsobeny pro cvičení osob se zdravotním postižením. Náš párty projekt „Children’s Sports“ zase zajistí, že všechny budou postaveny včas,“ řekla Irina Rodnina. Už dříve strana informovala, že výstavbu zařízení v jejich obvodech budou kontrolovat i poslanci Státní dumy.

        Koordinátor stranického projektu dodal, že 1. února se v místě strany bude konat schůzka s ministrem sportu Olegem Matycinem. “Budeme diskutovat o další interakci s příslušným oddělením pro rozvoj masových sportů,” řekla Irina Rodnina.

        Připomeňme, že v rámci společné práce s vládou na návrhu rozpočtu na léta 2021-2023 dosáhli poslanci Jednotného Ruska oproti loňskému roku zdvojnásobení částky na výstavbu FOCOT – z jedné na dvě miliardy rublů. Z iniciativy Jednotného Ruska se navíc o 150 milionů rublů zvýší výdaje na renovaci téměř tisíce tělocvičen ve venkovských školách.

        “To je dobrá zpráva pro Čeljabinskou oblast.” Určitě se tohoto programu zúčastníme, tím spíše, že již máme pozitivní zkušenosti. V letošním roce bude za podpory gubernátora Čeljabinské oblasti Alexeje Tekslera a strany Jednotné Rusko dokončena výstavba FOKOTů v okrese Plastovskij. Taková sportoviště, která jsou v docházkové vzdálenosti, umožní maximálnímu počtu lidí zapojit se do tělesné výchovy a sportu. A straníci, kteří se účastní projektu „Dětské sporty“, budou dohlížet na stavbu a hlavně přilákat obyvatele do těchto lokalit, aby každý měl možnost věnovat se tělovýchově a sportu a vést aktivní zdravý životní styl. “– komentoval Denis Lapotyshkin, šéf frakce Jednotné Rusko v čeljabinské městské dumě.