Предисловие

Данное учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению «Информатика и вычислительная техника» по специальности «электронные вычислительные машины, системы и сети». В разделе 1 дана классификация ЭВМ и систем, рассмотрен магистрально-модульный способ организации средств вычислительной техники. Изложен общий подход пониманию работы процессора на основе его представления как операционного устройства, представляющего композицию операционного и управляющего автоматов, язык описание алгоритмов и структурный базис операционных устройств.

В разделе 2 изложены материалы по классификации процессов, по архитектуре команд и детально рассмотрены алгоритмы выполнения команд основных групп с различными способами адресации. Для лучшего понимания все алгоритмы сопровождаться соответствующими структурными схемами и диорамами.

Используя многолетний опыт преподавания таких дисцеплин, как «Теория и проектирование ЭВМ», «Организация ЭВМ и систем»,авторы посторались изложить материалы предельно кратко, сопровождая каждый раздел соответствующими иллюстрированным материалом.

1.Эвм и системы; основные понятия и определения

1.1.Классификация эвм и систем

Все средства вычислительной техники можно классифицировать[л.1]:

-с позиций пользователя;

-по архитектурной организации;

-по структурной организации;

С позиций пользователя все ЭВМ можно разделить на три группы:

• ЭВМ общего назначения;

• специализированные;

• проблемно ориентированные.

Это разделение базируется на критерии максимума производительности.

ЭВМ общего назначения позволяют иметь максимум производительности при решении широкого класса задач.

Специализированные ЭВМ, которые максимум производительности имеют на очень узком классе задач, а для более широкого класса производительность падает.

Проблемно ориентированные ЭВМ занимают промежуточное место между универсальными и специализированными.

По архитектурной организации все ЭВМ и системы можно разделить на 4 группы(классификация по Флинну). Эта классификация определяет, в какой последовательности обрабатывается потоки команд и данных.

а) ОКОД – одиночный поток команд, одиночный поток данных (рис.1).

На рис. 1: УУ – устройство управления, АЛУ – арифметико-логическое устройство, ОЗУ - оперативное запоминающее устройство.

Процессор представляет собой композицию АЛУ и УУ.

Процессор по каждой команде обрабатывает один или два операнда. Команда читается из ОЗУ. По этой команде из ОЗУ в АЛУ считываются операнды и над ними производятся определенные действия.

б) ОКМД – одиночный поток команд множественный поток данных (рис.2)

Системы типа ОКМД позволяют по каждой команде обрабатывать данные из разных источников. В системе под управлением одного УУ должно работать много вычислителей:

Рис.2

Эта многопроцессорная система (по числу вычислителей) имеет единственное устройство управления. По каждой команде обрабатываются разные пары данных.

в) МКОД – множественный поток команд одиночный поток данных.(рис.3)

Данная система предполагает обработку одного массива данных командами различных программ.

Данная структура пока не реализована.

Рис.3

г) МКМД – множественный поток команд, множественный поток данных.(рис.4)

Многопроцессорная система.

Рис.4

По режиму работы ЭВМ можно классифицировать как:

-однопрограммные,

-мультипрограммные,

-ЭВМ, работающие в режиме реального времени.

Однопрограммные - машины, у которых весь ресурс отдается одной пользовательской программе.

Мультипрограммные позволяют одновременно обрабатывать несколько программ пользователя.

Для ЭВМ, работающих в реальном времени, программа должна обрабатывать данные синхронно с их поступлением. При этом к самой системе предъявляются особые требования по быстродействию.