Уровни детализации структуры вычислительной машины
Вычислительная машина является сложным технологическим объектом, в её создании принимают участие специалисты различных областей человеческих знаний. Каждый из специалистов рассматривает вычислительную машину со стороны стоящих перед ним задач. В табл. 1.1 перечислены специалисты, принимающие участие в создании ВМ, и круг вопросов, которые они должны решать.
Таблица 1.1 Распределение функций между разработчиками ВМ
Специалист |
Круг вопросов |
Производитель полупроводниковых материалов |
Материалы для полупроводниковых микросхем (легированный кремний, диоксид кремния и т.п.) |
Разработчик электронных схем |
Электронные схемы ВМ (разработка и анализ) |
Разработчик интегральных микросхем |
Сверхбольшие интегральные микросхемы (схемы электронных элементов, их компоновка, разводка) |
Системный архитектор |
Архитектура и организация ВМ (устройства и узлы, система команд и т.п.) |
Системный программист |
Операционная система, компиляторы |
Теоретик |
Алгоритмы, абстрактные структуры данных |
Уровней различной степени детализации ВМ может достаточно много, на рисунке 1.3 представлено четыре уровня детализации.
входы
выходы
б)
а)
На первом уровне ВМ рассматривается как устройство способное хранить и обрабатывать информацию, обмениваться данными с внешним миром (рис. 1.3, а). ВМ можно представляется «чёрным ящиком», к которому может быть подключено любое периферическое устройство. Для большинства пользователей именно таким «чёрным ящиком» ВМ и является.
Уровень общей архитектуры (рис. 1.3, б) предполагает представление ВМ в виде нескольких составляющих: центрального процессора (ЦП), основной памяти (ОП), устройства ввода/вывода (УВВ) и системы шин.
На третьем уровне детализируется каждое из устройств второго уровня. Рассмотрим, для примера, центральный процессор (рис. 1.3, в). В нём выделим наиболее существенные узлы и устройства:
арифметико–логическое устройства (АЛУ), обеспечивает выполнение арифметических и логических операций над целыми числами;
блок обработки чисел в формате с плавающей запятой (БПЗ);
регистры процессора, использующиеся для краткосрочного хранения команд, данных, адресов;
устройство управления (УУ), осуществляет централизованное управление всеми устройствами ВМ, обеспечивает совместное их функционирование;
внутренние шины.
На четвёртом уровне детализируются элементы третьего уровня. На рис. 1.3, г приведена структура устройства управления как четыре составляющих, связанных между собой внутренней шиной:
логика программной последовательности (1) электронных схем, обеспечивающих выполнение команд программы в последовательности, предписываемых программой;
регистры и дешифраторы устройства управления (2);
управляющая память (3);
логика формирования управления (4), генерирующая все необходимые управляющие сигналы.