4. Процессоры компьютерных систем. Синтез операционных автоматов

4.1. Основные положения

4.1.1. Принцип действия компьютерных систем

Классическая структура компьютера, имеющего архитектуру аналогичную Принстонской, содержит в своем составе блоки, приведенные на рисунке 4.1.

Структурные компоненты данной системы имеют следующее функциональное назначение.

Арифметико-логическое устройство(АЛУ) предназначено для выполнения арифметических и логических операций над числами, представленными в формате сПЗилиФЗ. Кроме данных вАЛУмогут обрабатываться адреса (адресная информация), команды (например, преобразование форматов), признаки результатов и другая двоичная информация.

Устройство управления (УУ) предназначено для автоматического управления вычислительным процессом путем посылки всем блокам компьютера сигналов, предписывающих те или иные действия. В частности, УУ всегда указывает на:

1) источники информации для АЛУ;

2) функцию, выполняемую АЛУ;

3) приемник результатов, полученных при обработке данных.

ОП и ВЗУ – это память компьютера, которая предназначена для хранения информации, поступающей в систему извне или информации, выводимой на внешние носители (печать, монитор, графопостроитель и т. д.). Память также используется для хранения программ, результатов промежуточных расчетов и другой машинной информации.

ШК

УУ

ШУ

AИ

DI

F

АЛУ

ША

DIO

DO

ОП

Увыв

Увв

DI

R,W

ШУ

ШУ

DI

DO

ВЗУ

Рис.4.1

Оперативная память (ОП) состоит из определенного числа ячеек, каждая из которых предназначена для хранения машинного слова. Основными характеристиками ОП считают время обращения и емкость памяти. При этом под временем обращения понимают время, необходимое для записи или считывания единицы информации из любой, произвольно выбранной ячейки.

Устройство ввода (Увв) обеспечивает считывание информации с внешних носителей и представление ее в форме электрических сигналов. Устройство вывода (Увыв) наоборот преобразует кодовую информацию, поступающую из памяти или других блоков машины, в форму, необходимую для обмена с внешней средой.

В составе компьютера рис.4.1 также можно выделить следующие шины: DIO– двунаправленная шинаданных, ШУ – шина управления, ША – шина адреса, DI – линии входных данных, DO – линии выходных данных,АИ– адресная информация,R,W– сигналы чтения/записи.

Другой вариант схемы предполагает представление компьютера в виде трехшинной модели (рис.4.2). Здесь каждый блок подключен к ША,ШДиШУсвоими линиями связи, а абстрактное объединение всех шин в единое целое также позволяет характеризовать приведенную архитектуру как принстонскую.

Время обращения к ОП (или к ОЗУ – оперативному запоминающему устройству) в задачах системотехники называют циклом обращения к памяти.

Непосредственно в вычислительном процессе участвует только ОП. Внешнее ЗУ (ВЗУ) служит для хранения больших массивов информации и обмена данными с ОП на различных этапах вычислений.

В общем случае для решения задачи на компьютере пользователь должен задать алгоритм ее решения в виде программы. В результате выполнения заданных действий формируется результат, который может быть представлен в требуемой форме. При этом под алгоритмом понимают последовательность действий, которые необходимо выполнить над данными для получения решения задачи, а программа машины может интерпретироваться как алгоритм, представленный в терминах системы команд компьютера.