Лекции по Вычислительным системам, сетям и телекоммуникациям   

1. Базовые принципы организации вычислительных систем

1.2. Программируемые системы и системы на «жесткой логике»

Система на «жесткой логике» – традиционная вычислительная система, особенность которой состоит в том, что алгоритмы обработки и хранения информации в ней жестко связаны со схемотехникой системы. Любая система на "жесткой логике" обязательно представляет собой специализированную систему, настроенную исключительно на одну задачу или (реже) на несколько близких, заранее известных задач.

Изменение алгоритмов в системе на «жесткой логике» возможно только путем изменения структуры системы, замены электронных узлов, входящих в систему, и/или связей между ними. Например, если нам нужна дополнительная операция суммирования, то необходимо добавить в структуру системы лишний сумматор. Или если нужна дополнительная функция хранения кода в течение одного такта, то мы должны добавить в структуру еще один регистр. Естественно, это практически невозможно сделать в процессе эксплуатации, обязательно нужен новый производственный цикл проектирования, изготовления, отладки всей системы.

Преимущества системы на «жесткой логике»:

-       специализированная система (в отличие от универсальной) никогда не имеет аппаратурной избыточности, то есть каждый ее элемент обязательно работает в полную силу (конечно, если эта система грамотно спроектирована).

-       специализированная система может обеспечить максимально высокое быстродействие, так как скорость выполнения алгоритмов обработки информации определяется в ней только быстродействием отдельных логических элементов и выбранной схемой путей прохождения информации.

Основным большим недостатком цифровой системы на «жесткой логике» является то, что для каждой новой задачи ее надо проектировать и изготавливать заново. Это процесс длительный, дорогостоящий, требующий высокой квалификации исполнителей. А если решаемая задача вдруг изменяется, то вся аппаратура должна быть полностью заменена.

Программируемые (универсальные) системы – универсальная вычислительная система, которая может адаптироваться под любую задачу, перестраиваться с одного алгоритма работы на другой без изменения аппаратуры. Задание нового алгоритма обеспечивается вводом в систему дополнительной управляющей информации, программы работы системы (рис. 1.2). Тогда система становятся универсальной, или программируемой, с не жесткой, а гибкой логикой.

Программируемая (она же универсальная) электронная система.
Рисунок 1.2 – Программируемая (универсальная) электронная система

Основным достоинством программируемой системы является возможность решения различных задач, без изменения схемотехники системы.

Основными недостатками программируемой системы является:

-       любая универсальность обязательно приводит к избыточности. Чем проще решаемая задача, тем больше избыточность, и тем менее оправданной становится универсальность. Избыточность ведет к увеличению стоимости системы, снижению ее надежности, увеличению потребляемой мощности и т.д.

-       универсальность, как правило, приводит к существенному снижению быстродействия. Общее правило таково: чем больше универсальность, гибкость, тем меньше быстродействие. Оптимизировать универсальную систему так, чтобы каждая новая задача решалась максимально быстро, попросту невозможно. Более того, для универсальных систем не существует таких задач (пусть даже и самых простых), которые бы они решали с максимально возможным быстродействием. За все приходится платить.

Таким образом, системы на "жесткой логике" хороши там, где решаемая задача не меняется длительное время, где требуется самое высокое быстродействие, где алгоритмы обработки информации предельно просты. А универсальные, программируемые системы хороши там, где часто меняются решаемые задачи, где высокое быстродействие не слишком важно, где алгоритмы обработки информации сложные.



*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.