Мини- и микроЭвм.
МиниЭВМ. МиниЭВМ – вычислительная машина, имеющая малые габаритные размеры, ограниченное число команд, периферийно – ориентированная, с развитой системой прерываний, оперирующая короткими словами фиксированной длины. Характерной особенностью миниЭВМ является модульный принцип их построения, в основе которого лежит использование отдельных функциональных блоков (модулей), допускающий наращивание их конфигурации в широких пределах.
МиниЭВМ имеют также следующие особенности:
микропрограммируемость на уровне машинного языка, позволяющая расширить набор основных команд ЭВМ и строить эффективные программы;
совместимость, дающая возможность сохранять программы при переходе на более производительные миниЭВМ и применять пакеты прикладных программ;
шинная структура, обеспечивающая минимизацию связей и миниЭВМ, упрощение конструкции, повышение надежности и снижение стоимости;
активность миниЭВМ – способность взаимодействовать с внешним миром, следить за протекающими процессами и управлять им. Свойство это обеспечивается включением в состав миниЭВМ устройств связи с объектом (УСО), представляющих собой преобразователи физических величин в цифровые для обеспечения ввода в ЭВМ и, наоборот, цифровых данных в физические сигналы для оказания воздействия на процессы, протекающие во внешнем мире.
Активность миниЭВМ проявляется также и в системах программирования. Системы программирования миниЭВМ обычно являются диалоговыми; в процессе редактирования текста, отладки и выполнения программы машина направляет действия программиста, указывает обнаруживаемые ошибки.
В нашей стране миниЭВМ представлены следующими семействами машин: «Электроника», СМ ЭВМ, ЕС-1007, ЕС-1037. К настоящему времени получила распространение третья очередь миниЭВМ, включающая модели СМ-1664, СМ-1500, СМ-1900. Быстродействие их будет превышать 1 млн. операций/с, а объем ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) достигает 4 Мбайт. При всем многообразии и сложности организации большинство миниЭВМ имеет определенную архитектуру построения, под которой понимают состав функционального оборудования и схему взаимосвязи между элементами оборудования.
Принцип модульности и варьируемости, положенные в основу построения малых ЭВМ, определили большое разнообразие архитектуры вычислительных комплексов. Однако при всем этом разнообразии можно выделить много общего в архитектуре малых ЭВМ. На рис.3 приведена упрощенная структурная схема вычислительного комплекса, построенного на базе малой ЭВМ.
Рис. 3 Структурная схема вычислительного комплекса на базе миниЭВМ:
УУ – устройство управления; РОН – регистр общего назначения; АЛУ – арифметико-логическое устройство; СПр – система прерываний; ЦП – центральный процессор, УОП – устройство оперативной памяти; ПУ – панель управления; УВВИ – устройство ввода-вывода информации; УВВ – устройство ввода информации; УВВЫ – устройство вывода информации; УВП – устройство внешней памяти; УСО – устройство связи с объектом
Рассмотрим кратко основные элементы комплекса и связи между ними:
ЦП – центральный процессор представляет собой основной элемент вычислительного комплекса и состоит из следующих составных частей:
УУ – устройство управления – служит для управления компонентами центрального процессора посредством выработки и передачи другим элементам сигналов управления и сигнализации.
АЛУ – арифметико-логическое устройство предназначено для выправления арифметико-логических операций над данными, хранящимися в регистрах арифметического устройства.
СПр – система прерываний. В обычных условиях работа процессора определяется выполняемой им программой. Однако при таком режиме работы практически невозможно обеспечить обработку нерегулярно возникающих задач, которые являются типичными при процессах передачи, а также в системах реального времени. Система прерываний обеспечивает возможность эффективного решения нерегулярно возникающих задач. СПр позволяет прервать работу ЦП практически в любой момент для незамедлительной обработки некоторого поступившего в этот момент запроса; после обработки запроса СПр обеспечивает восстановление прерванного процесса обработки с точки, следующей непосредственно за точкой прерывания.
РОН – регистр общего назначения (сверхнормативная память), работающий со скоростью процессора.
УОП – устройство оперативной памяти предназначено для хранения данных и команд программы. Фактически оперативная память представляет собой просто одно из запоминающих устройств и могла бы рассматриваться совместно с другими внешними запоминающими устройствами, такими, как магнитные диски, ленты и т.д. Однако особые функции УОП и специфика обращения выделяют их среди других запоминающих устройств, входящих в состав комплекса. Отличительными особенностями УОП являются: возможность обращения центрального процессора непосредственно к данным УОП; хранение не только данных, но и выполняемых команд.
ПУ – панель управления предназначена для выполнения режимов работы ЦП (включение, набор адресов, данных, выполнение команд и др.).
УВП – устройство внешней памяти предназначено для хранения информации на магнитных носителях (магнитные диски, магнитные дискеты и др.).
УСО – устройство связи с объектом, служит для подключения к ЭВМ устройств, не входящих в комплекс СМ ЭВМ, но работающих под управлением СМ ЭВМ.
УВВИ – устройство ввода-вывода информации – служит для ввода информации от человека (УВв) и для вывода информации (УВыв) в виде, доступном для восприятия человеком, а также для промежуточного и накопительного запоминания больших объемов информации.
ОШ – интерфейс «общая шина», служит для того, чтобы отдельные устройства, входящие в состав практически любого вычислительного комплекса, построенного на базе малых ЭВМ, были связаны между собой. Комплекс технических средств, обеспечивающих связь между устройствами, называется интерфейсом. Существует ряд способов построения интерфейсов.
Микро ЭВМ. Отличие микроЭВМ от миниЭВМ состоит в конструктивном исполнении. Конструкция таких устройств, как процессор, память, в микро ЭВМ реализована на элементах, которые представляют большие интегральные микросхемы (БИС). Они включают в себя сотни и тысячи функциональных электронных схем, которые размещаются на площади 8-10 см2. Конструкция этих же устройств в миниЭВМ выполняется в виде печатных плат, на которых электронные схемы реализуются на базе полупроводниковых микросхем, т.е. БИС позволяет реализовать конструкцию ЭВМ со значительно меньшими габаритными размерами. ЭВМ, в которой центральный процессор реализован на базе одной или нескольких БИС, называется микроЭВМ. Самая простая микроЭВМ состоит из процессора, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и нескольких устройств ввода-вывода.
В миниЭВМ данные и программы при выполнении находятся в устройстве оперативной памяти. В микроЭВМ данные размещаются в оперативном запоминающем устройстве, а выполняемая программа считывается из постоянных запоминающих устройств (ПЗУ), которые делятся на три типа:
ПЗУ с программами завода-изготовителя (можно только читать информацию);
ППЗУ (программируемые ПЗУ) – пользователь может сам записать программу (один раз), а затем только считывать;
РППЗУ (регенерируемое программируемые ПЗУ) – пользователь может несколько раз записать программу и читать ее.
Регенерация – считывание и перезаписывание данных в динамическом запоминающем устройстве с целью их сохранения.
Семейство микроЭВМ содержит:
базовую микроЭВМ со встроенным дисплеем, клавиатурой и накопителем информации;
автономную микроЭВМ, к которой можно подключить все классы внешних устройств;
одноплатную микроЭВМ.
Базовая микроЭВМ предназначена для использования ее в качестве программируемого терминала или управляющей ЭВМ в системах управления технологическими процессами, сбора и обработки данных, а также в качестве ЭВМ для систем проектирования микропроцессорного оборудования (рис.4).
Интерфейс – совокупность унифицированных технических и программных средств, используемых для сопряжения устройств в
Рис. 4 Структурная схема базовой микроЭВМ:
ЦП – центральный процессор, ПЗУ – постоянное запоминающее устройство, ОЗУ – оперативное запоминающее устройство
вычислительной системе или между системами.
Каждая конкретная микро ЭВМ комплектуется одним из двух типов процессоров для одно– и многопроцессорных систем. В первом случае операционная система расположена в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) микроЭВМ, а модуль прямого доступа к памяти отсутствует. Во втором случае применяется ВЗУ с модулем прямого доступа к памяти.
Автономная микроЭВМ применяется при автоматизации производственных процессов, сбора и обработки дискретных и аналоговых данных, лабораторных и производственных измерений, а также в качестве ЭВМ для систем проектирования микропроцессорного оборудования.
Автономная микро ЭВМ имеет внутреннюю структуру, которая обеспечивает реализацию агрегатного принципа на основе функционально и конструктивно законченных модулей на уровне конструкций типовых элементов замены (ТЭЗ). Агрегатируемость на уровне ТЭЗ обеспечивает высокую гибкость и безизбыточность оборудования при создании на базе автономной ЭВМ управляющих, измерительных и вычислительных комплексов (рис.5).
Рис. 5 Структурная схема автономной микроЭВМ: