Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Понятие и основные виды архитектуры ЭВМ.
Термин архитектура ЭВМ используется для описания наиболее общего принципа действия, конфигурации и взаимного соединения основных логических узлов ЭВМ. Архитектура ЭВМ – совокупность свойств и характеристик, рассматриваемая с точки зрения пользователя. Джон фон Нейман в 1946 г.: концепция классической архитектуры цифровой ЭВМ. Фундаментальные положения по архитектуре ЭВМ состоят в: - применении двоичной системы в работе ЭВМ; - программном управлении работой ЭВМ (программа содержит инструкции, исполняемые автоматически в заданной последовательности); - принципе хранимых программ и данных в запоминающем устройстве машины, обладающем высокой скоростью выборки записи; - однотипном представлении в двоичном коде инструкций программ и обрабатываемых ими данных; - принципе иерархичности памяти в связи с техническими проблемами реализации емкого и быстродействующего запоминающего устройства – минимум 2 уровня (основная и внешняя память); - принципе адресности основной памяти (ячейки памяти доступны программе по двоичному адресу или по имени, которое присваивается в программе и сохраняется на протяжении всего времени выполнения программы). Главный принцип построения современных ЭВМ – программное управление. Он основан на представлении алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений – набора инструкций (команд), определяющих решение задачи посредством конечного числа операций. Программа – это упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке. Каждая команда содержит указания на конкретную выполняемую операцию и место нахождения (адрес) операндов, участвующих в операциях преобразования данных. ЭВМ имеет модульную архитектуру и включает в себя: блок управления, арифметическое устройство, память, устройство ввода программ и данных, устройство вывода результатов, пульт ручного управления.
Блок управления обеспечивает управление всеми устройствами компьютера. Арифметическое (арифметико-логическое) устройство выполняет арифметические и логические операции обработки информации, хранящейся в памяти компьютера. В современных ЭВМ блок управления и арифметическое устройство объединены в процессор, который выполняет обработку данных, а также осуществляет с помощью программы управление работой других блоков компьютера. В памяти ЭВМ данные и программы представлены в двоичной форме. Для ввода и вывода информации используются специальные устройства, причем программы и данные имеют однотипный ввод в компьютер. Память компьютера структурирована на основную (оперативную) и внешнюю (запоминающие устройства). Устройства памяти (отличаются скоростью считывания и записи информации, емкостью): - сверхоперативное запоминающее устройство (СОЗУ) – обеспечивает работу самой быстродействующей памяти малого объема, соответствует внутренней микропроцессорной памяти; - оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) - обеспечивает работу быстродействующей памяти значительного объема, соответствует основной оперативной памяти компьютера (ячейкам блока памяти); - постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – обеспечивает работу быстродействующей памяти небольшого объема, которая сохраняет свое содержимое; - внешнее запоминающее устройство ВЗУ) – обеспечивает работу самой медленной памяти самой большой емкости. В качестве устройства ввода символьной информации используется клавиатура, а для ввода графической информации – сканеры, дигитайзеры, видео- и веб-камеры, графический планшет и световое перо; для ввода звуковой информации служит аккордовая клавиатура, спикеры (микрофоны), диктофон и др. Для вывода визуальной информации используется печатное устройство (принтер) или монитор (дисплей), графопостроитель (плоттер). Вывод звуковой информации требует наличия специальной мультимедийной аппаратуры – динамиков, акустических колонок и наушников. Архитектура ЭВМ Дж. Фон Неймана полностью соответствует ЭВМ первого и второго поколений. Появление ЭВМ третьего поколения, основанных на применении интегральных схем, обострило противоречия в согласовании производительности структурных блоков ЭВМ. ЭВМ, построенные на основе неймановской архитектуры и рассчитанные на последовательное выполнение команд, имеют предел роста производительности. Происходит переход на векторно-конвейерную архитектуру построения ЭВМ, многопроцессорных сетей и сетей ЭВМ. В современной архитектуре ЭВМ наметились три тенденции: - усложнение системы связи между узлами ЭВМ за счет расширения внешних устройств; - создание многопроцессорных ЭВМ (сочетание центрального и специализированных процессоров, видеопроцессоров для ускорения визуализации информации и т.п.), которое связано с развитием методов параллельных вычислений, позволяющих усложнить структуру вычислительной системы; - ускоряющееся возрастание роли межкомпьютерных коммуникаций, которое привело к появлению многомашинных комплексов, компьютерных сетей, понятия «архитектура вычислительной системы». Характерные черты архитектуры современных ЭВМ: - модульность построения – наличие в структуре ЭВМ автономных, функционально и конструктивно законченных устройств (процессор, модуль памяти, накопитель на жестком или гибком магнитном диске); - иерархическая организация структуры ЭВМ, основанная на наличии центрального процессора и совокупности подключаемых к нему контроллеров, каналов ввода/вывода, специальных шин или магистралей для передачи управляющих сигналов, адресов операндов и самих данных, передачи управляющих сигналов от центрального процессора и информации обратной связи вверх по иерархии с целью правильной координации работы всех узлов; - децентрализация управления и структуры ЭВМ. Для ЭВМ применяется система машинных команд, включающая в себя команды: передачи данных (пересылки), арифметические, логические, сдвигов двоичного кода влево и вправо (для выполнения умножения и деления), ввода и вывода информации для обмена с внешними устройствами, управления, специальные. Процессор ЭВМ характеризуется: набором выполняемых команд, скоростью их выполнения, объемом адресуемой памяти, размерами машинных слов, разрядностью. Производительность ЭВМ зависит от быстродействия процессора, класса решаемых задач и порядка прохождения задачи через ЭВМ. Ее характеризуют следующие показатели: - число коротких операций в единицу времени (обычно берут операцию сложения, когда операнды хранятся во внутренних регистрах процессора), а для оценки числового выражения эффективности ЭВМ используют смеси команд; - скорость выполнения команд над числами с плавающей запятой; - тактовая частота генератора тактовых импульсов компьютера; - разрядность процессора. Оперативная память компьютера рассматривается как массив ячеек, номер ячейки памяти называется ее адресом. Важнейшая характеристика процессора – разрядность адреса, которая определяет размерность адресного пространства. Единица адресации – байт. Для обращения процессора к памяти используется адрес, передаваемый по адресной шине. Разрядность шины адреса определяет максимальный номер байта, который может быть затребован процессором. Для 16-тиразрядной шины адреса адресное пространство составляет 64 Кб, при 32-хразрядной – 4 Гб, при 64-хразрядной – 16 Тбайт. Чем больше разрядность шины адреса, тем шире шина данных. Машинное слово – машинно зависимая величина, определяющая: - разрядность шины данных, характеризующую число передаваемых битов данных за один такт работы процессора; - разрядность данных, обрабатываемых процессором; - максимальное значение целого без знака числа, равное 2n – 1, превышение этого размера приводит к переполнению; - максимальный объем оперативной памяти, напрямую адресуемой процессором. Размер машинного слова равен разрядности регистров процессора, он определяется в битах или байтах. Число одновременно обрабатываемых битов называется разрядностью процессора. 5. Состав, назначение, характеристики и принципы работы основных элементов персонального компьютера . Структурная схема ПК.
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-14; Просмотров: 959; Нарушение авторского права страницы