Міністерство освіти і науки України

НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Кафедра автоматизації і комп’ютерних систем

АРХІТЕКТУРА КОМП’ЮТЕРІВ

Конспект лекцій

для студентів напряму підготовки 6.050102 Комп’ютерна інженерія

Дніпропетровськ

ДВНЗ «НГУ»

2012

Архітектура комп’ютерів. Конспект лекцій для студентів напряму підготовки 6.050102 Комп’ютерна інженерія / С.М. Ткаченко. – Дніпропетровськ: ДВНЗ «Національний гірничий університет» 2012. –51 с.

Автор:

С.М. Ткаченко, канд. техн. наук, доцент

Предмет изучает принципы организации, структуру, функции, взаимодействие и технические решения для вычислительных машин и их компонентов.

Классификация вычислительных машин.

По принципу действия вычислительные машины классифицируются:

1. Механические вычислительные машины. Применялись в банковской системе США до 40 г. Также механические кассовые аппараты механические вычислительные машины Феликс (60 – 70 г.), считыватель программы шагающего экскаватора.

2. Пневматические вычислительные машины применялись до середины 80-х годов в опасных средах. Там где требовалось сформировать усилие в зависимости от исходных пневмоданных. Клапаны, вентили, поршни, пневмоусилители, пневмотранзисторы.

3. Гидравлические вычислительные машины. В основном в авиации.

4. Электрические вычислительные машины делятся на электронные и электромашинные.

Электромашинные применяются в промышленности, для принятия конечных решений и выдачи управляемых воздействий. Также могут применяться в первичных источниках информации.

Электромашинные вычислительные элементы могут быть непрерывного и дискретного действия. К дискретным относят различные типы реле, машинные пускатели.

К электромашинным вычислительным элементам, переменного действия, относят трансформаторы различного вида магнитного усиления.

Электронные вычислительные машины делятся на аналоговые импульсные и цифровые.

Аналоговые элементы применяются в первичных преобразователях информации, в случае, когда скорости цифровой ЭВМ не достаточно, другие виды ЭВМ использовать не целесообразно.

Импульсные вычислительные машины используются в первичных преобразователях информации. Особенно в распределенных изначально, они проще интегрируются с цифровыми вычислительными машинами, чем аналоговыми.

Цифровые вычислительные машины применяются для решения основных задач промышленности там где условия не ограничивают их применение.

По функциям управления вычислительные машины делятся на управляющие и не управляющие. Не управляющие используются для решения задач расчетного характера. Управляющие, используются для выдачи управления воздействий на оборудовании задействованном в механических процессах.

По изменяемости логики работы делятся на ЭВМ с жестко заданной логикой и программной изменяемой логикой.

Всякую цифровую ЭВМ можно представить в виде иерархии уровней

Уровень прикладной программы

На этом уровне создаются программы на языках высокого уровня для решения технологических задач поставленных ЭВМ.

Ассемблерный уровень или уровень языка Ассемблера

До этого уровня транслируются прочие прикладные программы прикладного уровня. На этом же уровне осуществляется доводка программ прикладного уровня. На ассемблере долго писать сервисные программы.

Уровень ОС

Уровень до которого транслируются программы ассемблерного уровня использующие интерфейс системных вызовов ОС.

Уровень машинного языка

Уровень до которого интерпретируются программы уровня ОС либо транслируются программы ассемблерного уровня, если они не используют интерфейс вызовов ОС, программы этого уровня представляют собой наборы 0 и 1.

Микропрограммный уровень

Уровень, на котором интерпретируются программы уровня машинного языка. Микропрограммный уровень представляет собой совокупность вентильных логических схем и дешифраторов, заключенных в процессоре вычислительной системы.

Общая структура

Порт ввода-вывода

ЦНУ

ПАМЯТЬ

ШУ

ШУ

ШДЩ

ШД

ША

ША

Порты ввода вывода предназначены для приема информации и вывода результатов. Память предназначена для хранения использующих ЭВМ данных и программ уровня машинного языка.

По структуре памяти цифровые ЭВМ с программно измеряемой логикой делятся на машины Гарвородской и Фоннеймовской архитектуры. У Гарварадской архитектуры память программ и память данных разделена. В Фоннеймоновской архитектуре программы и данные в одном адресном пространстве.

Основная архитектура процессора:

Устройство управления процессора под воздействием импульса тактового генератора осуществляется доставание очередной команды из оперативной памяти ее дешифрации и в зависимости от результатов дешифрации управление арифметико-логическим устройством.

Программный счетчик содержит номер следующей считываемой команды оперативной памяти.

Дешифратор команд выполняет дешифрацию команды и формирует управление воздействия на АЛУ и RОМ.

АЛУ – арифметико-логическое, осуществляет чтение данных из оперативной памяти и арифметико-логические операции над ними под управлением устройства управления.

ROM – регистры общего назначения, регистры сверх оперативного запоминания, устройства используемые для временного хранения информации во время ведения вычислений. В некоторых процессорах область ROM расположена в области оперативной памяти. В большинстве процессоров среди регистров общего назначения выделен аккумулятор. Регистры чаще всего задействованы в машинных операциях несущих особую смысловую нагрузку для чтения и записи в память, и выполняют роль хранения результатов.