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:

1. Минимум помех (в сети меняется частота, напряжение).

2. 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

1. Общий коэффициент производительности — отношение производительности к сумме двух слагаемых: стоимости вычислительного устройства и стоимости эксплуатации.

2. Производительность, вычисляемая по формуле:

К_s — вес (сложность) какой-либо команды.

T_s — время выполнения команды.

3. Быстродействие — время, затраченное на выполнение какой-либо операции.

Время передачи из регистра в регистр — простейшая операция, относительно которой измеряется быстродействие.

Частотные характеристики

1. Число разрядов в машинном слое.

2. Скорость выполнения основных видов команд.

3. Емкость оперативной памяти.

4. Скорость обмена между ядром и периферией.

5. 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.

1. Гарвардская модель — предполагалось использовать для команд и данных два отдельных компьютера и два раздела в оперативной памяти.

2. Фон Шейнен — данные и команды передаются по общей шине.

Элементная база и простота общения машины и человека

Элементная база:

1. Машины для сложных научных экспериментов.

2. 2-я половина 60-х годов — полупроводниковые диоды и транзисторы.

3. ПВМ 360 — интегрированные схемы низкого уровня интеграции.

4. Интегрированные схемы высокого уровня интеграции.

Основные направления технического развития

средств вычислительной техники

1. Сверхпроизводительные ЭВМ, в которых быстродействие увеличивалось за счет создания мультипроцессорных систем.

2. Персональные ЭВМ.

3. 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.