1. Понятие «архитектура эвм»

Для всего, что характеризует компьютер с точки зрения его функциональных программно-управляемых свойств, существует специальный широко распространенный термин — архитектура ЭВМ.

Архитектура ЭВМ — это абстрактное представление ЭВМ, которое отражает ее структурную, схемотехническую и логическую организацию. Понятие архитектуры ЭВМ является комплексным, в него входят: структурная схема ЭВМ; средства и способы доступа к элементам структурной схемы ЭВМ; организация и разрядность интерфейсов ЭВМ; набор и доступность регистров; организация и способы адресации памяти; способы представления и форматы данных ЭВМ; набор машинных команд ЭВМ; форматы машинных команд; правила обработки нештатных ситуаций (прерываний).

Понятие архитектуры ЭВМ — иерархическое. Допустимо вести речь как об архитектуре компьютера в целом, так и об архитектуре отдельных его составляющих, например, архитектуре процессора или архитектуре подсистемы ввода-вывода.

Все современные компьютеры обладают некоторыми общими и индивидуальными архитектурными свойствами. Если индивидуальные свойства присущи только конкретной модели компьютера, общие архитектурные свойства, наоборот, присущи довольно большой группе компьютеров. На сегодняшний день общие архитектурные свойства большинства современных компьютеров подпадают под понятие «фон-неймановской архитектуры». Логически любая ЭВМ включает 4 основных блока (рис. 1): арифметико-логическое устройство (АЛУ), устройство управления (УУ), внешние устройства (ВУ) для ввода-вывода информации, запоминающее устройство (ЗУ).

В общих чертах работу ЭВМ можно описать следующим образом: устройство управления инициирует процесс чтения из памяти очередной команды программы, расшифровывает ее и подключает необходимые для ее выполнения цепи и устройства (АЛУ или ВУ), после чего цикл повторяется для выполнения следующей команды. Таким образом, все действия в ЭВМ выполняются под управлением программы, хранящейся в памяти. В связи с этим основным принципом работы ЭВМ является принцип программного управления.

Современные ЭВМ могут иметь различную архитектуру, но обязательно используют основной принцип функционирования ЭВМ, дополненный новыми принципами, к которым можно отнести принципы модульности и магистральности.

Модульность – это способ построения компьютера на основе набора модулей. Модулем называется конструктивно и функционально законченный электронный блок в стандартном исполнении. Это означает, что с помощью модуля может быть реализована какая-то функция либо самостоятельно, либо совместно с другими модулями.

Магистральность – это способ соединения между различными модулями компьютера, когда входные и выходные устройства модулей соединяются одними и теми же проводами, совокупность которых называется шиной. Магистраль компьютера состоит из нескольких групп шин, разделяемых по функциональному признаку - шина адреса (ША), шина данных (ШД), шина управления (ШУ).

Использование рассмотренных принципов и объединение в одном устройстве, названном центральный процессор (ЦП), АЛУ и УУ, привели к видоизмененной структуре современной ЭВМ (рис. 2).

Рис. 2. Модульная структура современной ЭВМ

Наиболее распространенной является структура ЭВМ, имеющая три общих магистрали (шины), к которым под воздействием устройств управления могут поочередно подключаться входящие в ЭВМ модули (рис. 3).

Рис. 3. Трехмагистральная организация ЭВМ

Использование в ЭВМ трех магистралей обеспечивает высокое быстродействие и упрощает процесс вычисления.