Каноническая структура эвм и её состав: ядро эвм (pms – подсистема), вторичная (внешняя) память, система ввода-вывода.
Упрощенная (каноническая) структура компьютера.
По линиям управления от ЦП к остальным устройствам компьютера передаются управляющие сигналы. С помощью этих сигналов инициируются соответствующие действия. В свою очередь от устройства компьютера к ЦП по этим линиям передаются сигналы о состоянии устройств (сигналы о готовности устройств к обмену).
ЯДРО:
Основные устройства компьютера, которыми являются ЦП и ОП, образуют так называемую центральную часть ЭВМ – ядро ЭВМ. Связь между ядром ЭВМ и её периферийной частью реализуется на основе аппаратных интерфейсов.
Основное устройство компьютеров – ЦП (CPU) выполняет двойную функцию: с одной стороны ЦП является обрабатывающим устройством, т.к. выполняет функции по обработке данных в соответствии с заданной программой; с другой стороны ЦП является управляющим устройством, в связи с тем, что на него возлагаются функции: во-первых, по управлению программой, во-вторых, по управлению остальными устройствами ЭВМ.
Управление периферийными устройствами со стороны ЦП, как правило, сводится к обеспечению реакции на запросы ПУ и к организации обмена между ПУ и ядром ЭВМ. Основными устройствами (блоками) ЦП являются, во-первых, АЛУ (ALU), во-вторых, устройство управления (CU).
АЛУ реализует функцию ЦУ по обработке и предназначено для выполнения арифметических и логических операций над целыми числами, логическими значениями и символьными данными. В некоторых современных моделях компьютеров это устройство называется IU для того, чтобы подчеркнуть основной тип обрабатываемых данных.
Функцией устройства управления (УУ) является выработка сигналов управления, с помощью которых осуществляется выполнение элементарных операций в АЛУ или периферийных устройствах, которые называются микрооперациями.
УУ, во-первых, обеспечивает выполнение команд программы, реализуя выборку команд из памяти, их декодирование, формирование адресов операндов и их выборку из памяти, настройку АЛУ на выполнение заданной операции и запись результата операции в память. С другой стороны УУ реализует функции по управлению взаимодействия периферийных устройств ЭВМ с его ядром, обеспечивая реакцию на запросы ПУ по организации обмена между ними и памятью (ОП). Для обеспечения быстрой реакции на запросы ПУ в ЦП используется система, представляющая собой комплекс аппаратных и программных средств.
Аппаратные средства системы прерываний в ПК реализуется с помощью специализированных микросхем PIC, а программные - обработчиками прерываний, входящими в состав операционной системы (ОС).
Кроме АЛУ и УУ в состав ЦП входит внутренняя регистровая память. Регистры ЦП обычно разделяют на программно-доступные и программно-недоступные.
ПЕРФЕРИЙНЫЕ(ВНЕШНИЕ) УСТРОЙСТВА(ПУ) КОМПЬЮТЕРА:
Номенклатура этих устройств весьма разнообразна и включает в себя три вида устройств:
Внешние запоминающие устройства.
Устройства ввода.
Устройства вывода.
Внешние запоминающие устройства образуют внешнюю память компьютера, основным назначением этих устройств является долговременное хранение большого объема программ, данных и другой информации, необходимой для обеспечения функционирования в течение длительного времени. Во внешней памяти хранится практически все программное обеспечение компьютера.
Отличительными особенностями внешней памяти по сравнению с основной памятью являются:
энергонезависимость;
отсутствие доступа со стороны ЦП;
малая скорость обмена;
практически неограниченный объем;
относительная дешевизна хранения данных.
Основные устройства (ВЗУ) в составе ВП:
Накопители на жестких дисках (винчестеры).
Накопители на гибких магнитных дисках.
Накопители на оптических дисках (CD ROM).
Накопители на кассетной магнитной ленте.
Устройства флэш-памяти.
СИСТЕМА ВВОДА/ВЫВОДА(СВВ)
Организация обмена данными между ядром и ПУ возлагается на так называемую систему ввода/вывода (IOS). Система ввода/вывода (СВВ) представляет собой комплекс аппаратных и программных средств.
Аппаратные средства СВВ:
ПУ;
контроллеры (адаптеры) ПУ;
специализированные контроллеры для организации обмена (DMAC – direct memory access controller);
аппаратные интерфейсы;
система прерываний (точнее ее аппаратная часть обычно представлена специализированным контроллером PIC).
Программные средства СВВ:
супервизор ввода-вывода;
драйверы ПУ.
Под вводом данных обычно понимается их передача из ПУ в основную память. Под выводом данных – передача данных из ОП в ПУ.
Основные способы организации ввода/вывода:
Программно-управляемый ввод-вывод (В/В) (PIO).
Иногда разделяют на синхронный и асинхронный.
В/В по прерыванию
В/В в режиме DMA (прямой доступ к памяти).
При использовании первых двух способов все управления В/В организует ЦП. При этом регистры ЦП обычно являются промежуточным звеном при пересылке данных между ОП и ПУ. При использовании третьего способа организацию обмена осуществляет контроллер DMA без участия ЦП. По завершению операции обмена контроллер DMA информирует об этом ЦП через систему прерываний.
Как правило, контроллеры ПУ включает в свой состав:
регистр данных;
регистр приказов (регистр команд);
регистр состояний.
для доступа к ним со стороны ЦП.