Понятие об архитектуре компьютера
Электронно-вычислительные устройства, в том числе компьютеры — устройства, предназначенные для хранения и обработки информации, построенные на элементах, в которых сообщения формируются сигналами электромагнитной природы (длина волны от 0 до 15 микрон).
Архитектура — это организация процесса хранения и обработки информации и условие совместного функционирования аппаратных и программных средств. Любое средство содержит два необходимых компонента — hardware и software. Совокупность аппаратных средств, которыми реализуется аппаратная часть:
Все остальное — периферийные устройства.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) и устройство управления (УУ) формируют процессор. Оперативная память (ОП) позволяет хранить короткое время промежуточные данные о выполняемых операциях или их результатов.
Источник питания — важная часть компьютера. Требования к источнику питания:
Минимум помех (в сети меняется частота, напряжение).
Возможность обеспечения бесперебойной работы.
Внешняя память — в нее закладываются данные и константы.
Времязадающее устройство — кварцевый генератор, дающий такты работы компьютера.
Устройство ввода — в промышленности аналоговые цифровые преобразователи.
Функции устройств
АЛУ осуществляет арифметические и логические операции над вводимыми в него машинными словами.
УУ автоматически, без участия человека, управляет вычислительными процессами, посылая всем другим устройствам сигналы, предполагающие те или иные действия.
ОП — внутренняя память вычислительного устройства, к которой постоянно обращается процессор для получения команд и данных.
ПЗУ позволяет прочитать только то, что в ней записано.
Внешняя память — магнитные ленты, диски и т.д.
Основные параметры вычислительных устройств
Общий коэффициент производительности — отношение производительности к сумме двух слагаемых: стоимости вычислительного устройства и стоимости эксплуатации.
Производительность, вычисляемая по формуле:
Кs — вес (сложность) какой-либо команды.
Ts — время выполнения команды.
Быстродействие — время, затраченное на выполнение какой-либо операции.
Время передачи из регистра в регистр — простейшая операция, относительно которой измеряется быстродействие.
Частотные характеристики
Число разрядов в машинном слое.
Скорость выполнения основных видов команд.
Емкость оперативной памяти.
Скорость обмена между ядром и периферией.
Тактовая частота кварцевого генератора.
Исторические аспекты
Идея программного выполнения арифметических действий родилась в 1833 году у Ч. Бэббиджа. Впервые идея реализована в 1942 году в США и Германии на электромагнитных реле. Дальнейшее развитие — в 1945 году две модели реализации.
Гарвардская модель — предполагалось использовать для команд и данных два отдельных компьютера и два раздела в оперативной памяти.
Фон Шейнен — данные и команды передаются по общей шине.
Элементная база и простота общения машины и человека
Элементная база:
Машины для сложных научных экспериментов.
2-я половина 60-х годов — полупроводниковые диоды и транзисторы.
ПВМ 360 — интегрированные схемы низкого уровня интеграции.
Интегрированные схемы высокого уровня интеграции.
Основные направления технического развития
средств вычислительной техники
Сверхпроизводительные ЭВМ, в которых быстродействие увеличивалось за счет создания мультипроцессорных систем.
Персональные ЭВМ.
Микро-ЭВМ — микропроцессоры.
Логические элементы электронно-вычислительной аппаратуры
Любая операция в компьютере в своей основе определяется реакцией на воздействие двух цифр — 0 и 1.
Если логические состояния на входе логической системы и на ее выходе однозначно связаны, то она называется комбинационной схемой.
Если состояние логической схемы может меняться, и внутри нее заложено некоторое запоминающее устройство, позволяющее изменять при необходимости (программировать) реакцию выхода, то такая схема называется цифровым автоматом.