17. Структурная схема эвм по фон Нейману

Персональная электронная вычислительная машина (ПЭВМ) — это устройство, вы­полненное на электронных приборах, и предназначенное для автоматического преобразования информации под управлением программы.

Прежде чем рассмотреть структуру ЭВМ введем несколько определений.

Структура ЭВМ – совокупность ее устройств и связей между ними.

Архитектура ЭВМ – абстрактное определение машины в терминах основных функциональных модулей, языка, структур данных. Архитектура не определяет особенности реализации аппаратной части ЭВМ, времени выполнения команд, степени параллелизма, ширины шин и других аналогичных характеристик. Архитектура отображает аспекты структуры ЭВМ, которые являются видимыми для пользователя: систему команд, режимы адресации, форматы данных, набор программно-доступных регистров. Таким образом, термин «архитектура» используется для описания возможностей, предоставляемых ЭВМ.

Конфигурация ЭВМ – компоновка вычислительного устройства с четким определением характера, количества, взаимосвязей и основных характеристик его функциональных элементов.

Организация ЭВМ – свойство, показывающее, как реализованы возможности ЭВМ.

С учетом всех этих определения, можно говорить, что архитектура ЭВМ это ее логическая организация и структура аппаратных и программных ресурсов.

Команда – управляющее воздействие на процессор для выполнения определенного действия при выполнении программы.. Множество команд, реализованных в данной ЭВМ составляет ее систему команд.

Микрооперация – команда низкого уровня, задающая простейшую низкоуровневую операцию: пересылке данных, сдвиг данных, установка и анализ признаков, запоминание результата.

Микрокоманда – управляющее воздействие, формируемое устройством управления для выполнения АЛУ соответствующей микрооперации.

Микропрограмма - последовательность микрокоманд, соответствующая одной команде.

Основные элементы электронной вычислительной машины (фон-неймановской архитектуры) и связи между ними (структура ПЭВМ) показаны на рисунке 1.

Подсистема памяти

Системная шина

УВвИ

УВИ

Рисунок 4.1- Фон-неймановская архитектура ПЭВМ

18. Функционирование пэвм

Принцип работы ЭВМ заключается в следующем. Из процессора на шину адреса (на структурной схеме она не показана и находите внутри системной шины) выдается адрес очередной команды. Считанная по этому адресу команда (например, из ПЗУ), поступает по шине данных (внутри системной шины) в процессор, где она выполняется с помощью АЛУ и пересылается по заданному адресу. Устройство управления процессора определяет адрес следующей выполняемой команды (фактически номер очередной ячейки памяти, где находите очередная команда). После исполнения процессором текущей команды на шину адреса выводится адрес ячейки памяти, где хранится следующая команда и т. д.

Сигналы, передаваемые по управляющей шине, синхронизируют работу процессора, памяти, устройств ввода и вывода информации.

Порядок выбора адресов из памяти (и очередности выполнения команд) определяет программа, которая может располагаться в ПЗУ, но чаще выполняемая в данный момент времени программа находится в ОЗУ. В линейных программах команды последовательно выбираются из очередных ячеек памяти. В разветвляющихся программах естественный порядок выбор адресов ячеек памяти может нарушаться. В результате может происходить переход (резкий скачок) к ячейке памяти, расположенной в любом месте ОЗУ. При одном наборе исходных данных переход будет происходить, а при другом наборе данных перехода не будет. По этой причине такие команды называют командами условного перехода или условной передачи управления.

Нередко при работе ЭВМ программа вводится с клавиатуры в ОЗУ. За­тем процессор под управлением этой программы выполняет необходимые действия. Чаще управляющую программу загружают в ОЗУ с внешнего запоминающего устройства или по вычислительной сети. При выполнении загруженной программы ЭВМ запрашивает у пользователя необходимые данные и процессор после выполнения указанных в программе команд отправляет ре­зультат по системной шине на одно из устройств вывода информации.

Выполнение основной программы иногда может приостанавливаться с целью выполнения какого-то другого срочного задания, например, передачи данных на принтер. Такой режим работы, когда временно приостанавливается выполнение основной программы и происходит обслуживание запроса, называется прерыванием. По завершению обслуживания прерывания процессор возвращается к выполнению временно отложенной программы.

Запросы на прерывание могут возникать из-за сбоев в аппаратуре, и переполнения разрядной сетки, деления на ноль, требования внешним устройством выполнения операции ввода информации и т. д. Например, при нажатии клавиши на клавиатуре возникает прерывание, обработка которого сводится к записи кода нажатой клавиши в буфер клавиатуры. Обслуживание прерываний осуществляется с помощью специальных программ обработки прерываний.

Очевидно, что конструкция современной ЭВМ много сложнее рассмотренной конструкции. На структурной схеме не изображены тактовый генератор, который подключен к процессору, адаптеры (или контроллеры), включенные между системной шиной и каждым устройством ввода-вывода, и другие блоки. Однако выбранный уровень детализации позволяет легче понять общий принцип работы ЭВМ.

Приведенный вид структурной схемы ЭВМ является фон-неймановской структурой, названной так в честь американского математика венгерского происхождения фон Неймана,

Существуют и другие структуры, в частности многопроцессорные, позволяющие вести параллельную обработку данных с помощью нескольких процессоров. Так самый быстрый в мире компьютер АSСI Red содержит 9152 (по другому источнику, 9072) процессора Pentium Pro.

Основные блоки ПЭВМ: монитор, системный блок, клавиатура, указатель (мышь). В рабочее место, оснащенное ПЭВМ могут входить также: принтер, сканер и другие устройства.

В системном блоке находится материнская плата (на ней располага­ются микропроцессор, ОЗУ, ПЗУ и др.), накопители на гибких, жестких и оптических дисках, внутренние модемы, сетевые, звуковые карты и др. Принтер, сканер, модем и пр. относятся к периферийным устройствам.

Все устройства компьютера соединяются между собой с помощью интерфейсов. Устройства, размещенные на материнской плате, используют внутренние интерфейсы, а периферийные устройства – внешние интерфейсы. В настоящее время самое широкое применение получил универсальный последовательный интерфейс USB, с помощью которого могут подсоединяться к материнской плате практически все периферийные устройства.