Понятие архитектуры и организации эвм. Основные элементы архитектуры.
А
рхитектура
– отображение тех аспектов структуры
и принципов функционирования ЭВМ,
которые являются видимыми для пользователя
и, следовательно, для разрабатываемых
им программ.
Одним из подходов к уровням представления архитектуры ЭВМ является её разделение на 2 уровня (2 класса):
- программная архитектура, которая включает в себя аспекты, видимые программистам и, соответственно, программам
- аппаратная архитектура, включающая аспекты, невидимые для программиста.
В этом смысле понятие аппаратной архитектуры и структурной организации ЭВМ можно рассматривать как синонимы.
Принцип программного управления.
В основе неймановского принципа программного управления лежит представление алгоритмов в форме операторных схем. Операторная схема алгоритма задает правило вычислений как композицию операторов двух типов:
основных операторов – операторов преобразования информации, предписывающих определенные операции над определенными данными;
операторов перехода (следования), анализирующих данные для определения следующего выполняемого оператора.
Неймановский принцип программного управления состоит в следующем:
Информация кодируется в двоичной форме и разделяется на единицы информации, называемые словами (машинными словами). Разнотипные слова различаются не способами кодирования (формой кода), а способами использования.
Слова размечаются в ячейках памяти компьютера и идентифицируются номерами ячеек, которые определяют адреса слов.
Алгоритм представляется как последовательность управляющих слов, называемых командами. Команда определяет наименование операции и слова участвующие в ней в качестве исходных данных и результатов. Алгоритм, представленный в терминах машинных команд, называется программой (программным кодом). Выполнение программы сводится к последовательному выполнению команд в порядке, определенном самой программой.
Каноническая структура компьютера. Принстонская и гарвардская архитектура эвм.
Каноническая (основополагающая) структура компьютера представлена на рис. 1.2.
Память – устройство для хранения данных в компьютере. В памяти размещаются программы и данные – исходные данные, промежуточные и конечные результаты.
Процессор – устройство для выборки команд из памяти и выполнения действий, предписанных командами. Другими словами, процессор обрабатывает команды и данные. Обработка команды состоит из следующих действий:
Процессор посылает в память адрес А команды, и из памяти в процессор выбирается команда К. Процессор дешифрирует код операции, указанный в команде, и читает из памяти операнды с адресами А, заданными в команде.
Процессор выполняет над операндами Д операцию, указанную в коде операции, в результате чего формируется результат. Результат Р, если это предписано кодом операции, записывается в память по указанному в команде адресу.
Процессор формирует адрес следующей команды в порядке естественной адресации А:= А+1 или из адресной части команд перехода А:= Ак.
После этого цикл выборки и исполнения команды повторяется.
Для обмена информацией между компьютером и внешней средой служат устройства ввода-вывода.
Гарвардская архитектура характеризуется физическим разделением памяти команд и памяти данных. Каждая память соединяется с процессором отдельной шиной, что позволяет одновременно читать и записывать данные при выполнении текущей команды производить выборку и декодирование следующей команды. Благодаря такому разделению потоку команд и данных и совместному операций их выборки реализуются более высокая производительность, чем при использовании Принстонской архитектуры.
Принстонская архитектура характеризуется использованием общей оперативной памяти для хранения программ, данных. Для обращения к этой памяти используется общая системная шина, по которой в процессе поступают и команды и данные. Эта архитектура имеет ряд важных достоинств:
1) Наличие общей памяти позволяет оперативно перераспределять ее объем для хранения отдельных массивов команд, данных
2) Использования общей шины для передачи команд и данных значительного упрощает отладку, тестирования.