Лекция 3.
Тема. Архитектура ЭВМ.
План занятия:
Проверка д/з.
Собрать подготовленные вопросы по лекции, перемешать, выдать листки и раздать остальным.
Содержание лекции
Понятие архитектуры ЭВМ
Классическая архитектура ЭВМ. Принципы фон Неймана
Схема ПК
Домашнее задание.
Зарисовать в тетрадях системный блок и подписать все устройства.
Конспект лекции. Понятие архитектуры эвм.
Под архитектурой ЭВМ понимают описание устройства и работы компьютера, достаточное для пользователя и программиста.
Понятие архитектуры не включает в себя технические детали организации ЭВМ, электронные схемы и т.д.
Понятие архитектуры отражает движение информации в компьютере.
Толковый словарь по вычислительным системам предлагает следующее определение термина:
«Архитектура ЭВМ используется для описания принципа действия, конфигурации и взаимного соединения основных логических узлов ЭВМ».
Учебник А.В.Могилева дает следующее определение:
«Архитектура — это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных ее функциональных узлов».
Классическая архитектура ЭВМ. Принципы фон Неймана
Понятие «архитектура ЭВМ» связано с именем выдающегося математика XX столетия Джона фон Неймана (Neumann, John von; 1903-1957)
Американский математик Джон фон Нейман в 1946 г. в классической статье «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронно-вычислительного устройства» совместно с Г.Голдстайном и А.Берксом предложил идею принципиально новой ЭВМ. Выдвинутые идеи актуальны и сегодня.
Фрагменты статьи фон Неймана с соавторами (русский перевод)
Принципы фон Неймана
1. Программное управление работой ЭВМ. Программа состоит из команд.
Все команды образуют систему команд машины.
Команды программы последовательно считываются из памяти и выполняются.
Адрес очередной команды хранится в счетчике команд.
2. Принцип хранимой программы.
Команды представляются в числовой форме и хранятся в той же памяти, что и данные.
3. Принцип условного перехода.
Можно нарушить естественную последовательность команд в программе.
Используется в командах безусловного и условного переходов
4. Использование двоичной системы счисления для представления информации в ЭВМ.
Ее просто реализовать технически для выполнения арифметических и логических операций.
Ранее ЭВМ обрабатывали числа в десятичном виде.
Фон Нейман предложил структуру ЭВМ. Она использовалась в первых двух поколениях ЭВМ.
Стрелки отражают движение информации.
Схема фон Неймана
Устройства
Процессор. Программно-управляемое устройство, обрабатывает данные и управляет работой компьютера.
Состоит из устройства управления (УУ) и арифметико-логического устройства (АЛУ).
УУ управляет работой компьютера, взаимодействием компонентов друг с другом.
АЛУ исполняет арифметические и логические операции.
Оперативное запоминающее устройство.
Хранит информацию, с которой компьютер работает в данное время: программу, исходные данные, промежуточные и конечные результаты счета.
Эта память небольшого объема, энергозависима.
Внешнее запоминающее устройство.
Э
то
были магнитные устройства для
долговременного хранения информации.
Большего объема, более медленные.
Магнитные барабаны, ленты, диски.
Магнитный барабан 1 электродвигатель 2 цилиндр барабан 3 магнитные головки 4 дорожки 5 ось магнитного барабана 6 станина корпус
Устройства ввода информации.
Перфокарты,
перфоленты,
клавиатура.
Перфолента (англ. punched tape) — носитель информации, в виде узкой тонкой ленты из бумаги или пластмассы. Информация на перфоленту записывалась пробивкой отверстий (перфораций). Ряды отверстий, расположенных поперек перфоленты, образовывали строки. На каждой строке записывался код одного символа в виде бумажной ленты с отверстиями. В середине ленты идёт дорожка с более мелкой перфорацией, так называемая «транспортная дорожка». Она служит для перемещения ленты с помощью зубчатого колеса. Каждый горизонтальный ряд отверстий на перфоленте соответствует одной букве, знаку или пробелу между ними.
Компьютерные перфоленты имели ширину 7 или 8 рядов и использовали для записи кодировку ASCII. Благодаря простоте устройств ввода-вывода, перфолента получила распространение в компьютерной технике.
Недостаток бумажных перфолент — малая механическая прочность и в связи с этим невысокий срок службы и ограниченная скорость протяжки при записи (перфорации) и воспроизведении.
Перфолента была самым дешевым носителем информации. Относительно проста и дешева была аппаратура, с помощью которой на ней записывалась и с нее считывалась информация.
Устройства вывода информации.
АЦПУ,
дисплей,
принтер.
Разработанная фон Нейманом архитектура оказалась фундаментальной.
Его идеи используются и в современных компьютерах.
Исключение составляют системы параллельных вычислений, где отсутствует счетчик команд.
Новые архитектурные решения очевидно будут использованы в машинах 5 поколения.
Схема микрокомпьютера 4 поколения
Современный компьютер - техническое устройство, которое после ввода в память начальных данных в виде цифровых кодов и программы их обработки, выраженной тоже цифровыми кодами, способно автоматически осуществить вычислительный процесс, заданный программой, и выдать готовые результаты решения задачи в форме, пригодной для восприятия человеком.
Данные, управляющие сигналы, адреса должны передаваться от одного устройства к другому.
Следовательно, в компьютере должно быть некое устройство, которое организует передачу информации между всеми его составными частями. Эти функции выполняет системная шина.
Системная шина – информационная магистраль, которая связывает друг с другом все устройства компьютера (группа токопроводящих кабелей или линий на системной плате)
По системной шине осуществляется передача данных, адресов, управляющих команд, поэтому системная шина состоит из шины данных, адресной шины и шины команд.
Системная шина предназначена для передачи информации, закодированной в двоичном коде. Характеристика системной шины, определяющая количество бит информации, передаваемых одновременно, называется разрядностью.