Структурная организация современных эвм

Архитектура ЭВМ

Основные термины

Современные ИТ во всех сферах человеческой деятельности основаны на широком применении компьютеров (электронно-вычислительных машин, ЭВМ).

Компьютер - устройство, выполняющее заданную программой последовательность операций обработки данных.

Функционирование компьютеров основано на принципе программного управления (ППУ). Технические средства (ТС), использующие принцип программного управления обеспечивают автоматическое управление процессом решения задачи на основе заранее заданной программы.

Программа - последовательность элементарных операций (команд), предписывающих машине выполнение определенных действий по реализации алгоритма решения задачи.

Алгоритм - порядок выполнения операций над данными с целью получения искомых результатов.

Для реализации одного и того же алгоритма могут использоваться различные программы.

ППУ реализуется за счет наличия в ЭВМ устройства управления (УУ) и развитого запоминающего устройства (ЗУ). В ЗУ хранится исходная, промежуточная и результатная информация, а также программа ее обработки.

Архитектура ЭВМ - это воплощенная в аппаратуре и базовых программных средствах основа для выполнения программируемого процесса обработки данных.

Структура и основные устройства ЭВМ

Большинство современных ЭВМ базируется на принципах, предложенных Дж.фон Нейманом и имеют структуру, ставшую к настоящему времени классической (рис. 1). Структура ЭВМ - это модель, устанавливающая состав основных частей ЭВМ и способ установления связей между ними.

Рис. 2.

Любая ЭВМ имеет процессор, основную память и внешние устройства.

Процессор - основная часть ЭВМ, обеспечивающая выполнение процедур обработки данных и взаимодействие всех устройств ЭВМ. Он имеет арифметико-логическое устройство, устройство управления, собственные запоминающие устройства (регистры, кэш-память).

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) - обеспечивает выполнение процедур преобразования данных.

Устройство управления (УУ) - обеспечивает управление процессом обработки данных.

УУ выбирает команды программы из основной памяти, интерпретирует тип команды и запускает нужную схему АЛУ.

Запоминающие устройства процессора, обеспечивают промежуточное хранение обрабатываемых процессором данных.

Основная память ЭВМ включает оперативную и постоянную память.

Оперативная память - устройство, обеспечивающее временное хранение команд и данных в процессе выполнения программы.

Постоянная память - устройство, обеспечивающее постоянное хранение и возможность считывания критически важной для функционирования ЭВМ информации.

Процессор и основная память являются центральными устройствами ЭВМ, поскольку именно на их основе реализуется принцип программного управления. Все остальные устройства ЭВМ считаются внешними.

Внешние устройства - устройства, обеспечивающие ввод и вывод данных из основных устройств ЭВМ (устройства ввода-вывода) и долговременное хранение информации, не обрабатываемой процессором в данный момент времени (внешние запоминающие устройства).

В одной ЭВМ может использоваться от единиц до нескольких сотен внешних устройств разных типов. Состав устройств ввода-вывода, как правило, переменный и определяется составом решаемых на конкретной ЭВМ задач.

Производительность и эффективность использования ЭВМ определяются не только составом и характеристиками ее устройств, но также и способом организации их совместной работы. Связь между устройствами ЭВМ осуществляется с помощью сопряжений, которые в вычислительной технике называются интерфейсами.

Интерфейс представляет собой совокупность стандартизованных аппаратных и программных средств, обеспечивающих обмен информацией между устройствами. В основе построения интерфейсов лежат унификация и стандартизация (использование единых способов кодирования данных, форматов данных, стандартизация соединительных элементов - разъемов и т.д.). Наличие стандартных интерфейсов позволяет унифицировать передачу информации между устройствами независимо от их особенностей.

В настоящее время для разных классов ЭВМ применяются различные принципы построения системы ввода-вывода и структуры вычислительной машины. В персональном компьютере, как правило, используется структура с шинным интерфейсом. В этом случае все устройства компьютера обмениваются информацией и управляющими сигналами через шину, которая представляет собой систему функционально объединенных проводов, обеспечивающих передачу трех потоков данных: непосредственно информации, адресов и управляющих сигналов.

Количество проводов в системной шине, предназначенных для передачи непосредственно информации, называется разрядностью шины. Разрядность шины определяет число битов информации, которые могут передаваться по шине одновременно. Количество проводов для передачи адресов или адресных линий определяет, какой объем оперативной памяти может быть адресован.На рис.3 представлена структурная схема персонального компьютера

Рис.3